4.3. Практичні роботи (завдання), які виконуються на занятті:

Робота з тестовим завданням

Зміст теми:

Фармакогенетика - це розділ медичної генетики, що вивчає генетично зумовлені реакції окремих індивідів на лікарські засоби і дію цих засобів на генетичний апарат.

Поняття фармакогенетики було запропоновано Ф.Фогелем в 1959 р. В останні роки у зв'язку з розшифруванням геному людини сформувався новий напрямок - геноміка, зокрема - фармакогеноміка, яка вивчає відповідь на ліки на основі знання структури генів, їх мутацій і первинних продуктів.

Основні положення

еко- та фармакогенетики:

1. Існує висока ймовірність розвитку аномальної реакції у чутливих індивідів у відповідь на стандартну дозу відповідного препарату.

2. У багатьох випадках чутливий фенотип успадковується як моногенна ознака, що робить доцільним облік сімейних випадків подібних реакцій.

3. Розрізняють міжпопуляцшні, міжетнічні, міжстатеві, індивідуальні відмінності в імовірності прояву певних фармако- та екогенетичних варіацій.

Участь ліків в організмі визначається всмоктуванням, розподілом, взаємодією з клітинними елементами, метаболізмом та виведенням. Усі ці процеси здійснюються за допомогою специфічних та неспецифічних ферментів, білків, рецепторів, що зумовлює різні реакції індивідів на ліки.

Індивідуальні варіації відповіді на ліки можна аналізувати з генетичної і фармакологічної точок зору. З генетичної точки зору це моногенна чи полігенна природа варіацій: клінічно виражені патологічні реакції, механізми толерантності до ліків, парадоксальні реакції.

Перша група генетичних варіантів -аномалії метаболізму ліків. Виникнення мутацій у таких генах призводить до відсутності синтезу ферменту чи втрати його ферментативної активності. Здебільшого, ці мутації успадковуються за АР типом і тому дефект ферменту виявляється тільки в гомозигот. Близько 56% ліків метаболізуються в організмі ферментами системи цитохрому Р-450. З них майже половина (40%) є поліморфними ферментами, що можуть бути неактивними в метаболізмі, кількісно чи якісно зміненими, чи підвищено активними. Виявлені неактивні алелі таких ферментів (CYP): 2D6, 2С9,2С19, 2А6. Такі алелі в гомозиготному стані ведуть до повної відсутності активного ферменту і порушення спроможності до метаболізму ліків. Частота неактивних алелів у деяких популяціях становить 10-20%. Поряд із неактивними алелями в популяціях трапляються алелі, що визначають надто швидкий метаболізм У таких індивідів ліки не викликають лікувального ефекту, тому що вони швидко виводяться з організму.

Друга група генетичних варіантів - це мутантні клітинні мішені. Багато ліків виявляють свої фармакологічні ефекти через взаємодію з білками-мішенями, такими, як рецептори, ферменти, білки сигнальної трансдукції, контролю клітинного циклу. Багато генів, що кодують такі лікарські мішені, поліморфні.

Прикладами моногенних поліморфізмів рецепторів і аномальних лікарських відповідей є:

• β-адренергічні рецептори і чутливість до β-антагоністів при бронхіальній астмі;

• ангіотензин-конвертувальний фермент і його чутливість до інгібіторів;

• ангіотензин-ІІ ТІ-рецептор і судинна реакція на фенілефрин та інгібітори;

• рецептор сульфосечовини і відповідь на сульфосечовинні гіпоглікемічні засоби;

• 5-гідрокситриптаміновий рецептор і відповідь на нейролептики.

Як приклад мутацій у гені калієвого каналу можна привести медикаментозно-індуковану аритмію, злоякісну гіпертермію при мутації в гені ріанодин-рецептора. До патологічних реакцій на основі мутантних мішеней можна віднести злоякісну гіпертермію і гемоліз еритроцитів в осіб із недостатністю Г-6-ФДГ.

Швидкий прогрес у розумінні метаболізму ліків дозволив ідентифікувати головні ферменти двох фаз метаболічного перетворення Гени, відповідальні за вибір цих ферментів, уже ідентифіковані.

Головні причини варіацій у метаболізмі ліків такі:

1. генетичний поліморфізм;

2. індукція чи інгібіція метаболізму внаслідок супутніх чи середовищних чинників;

3. фізіологічний статус;

4. стадія хвороби.

У популяції наявні фенотипи зі швидким і повільним метаболізмом (ШМ і ПМ) лікарської речовини. Виявлено багато аномальних реакцій на введення стандартних доз препаратів. Найбільше значення мають поліморфізм ацетилювання і декілька типів окисного поліморфізму.

Поліморфізм ацетилювання виявлений при вивченні протитуберкульозного препарату ізоніазиду, швидкість ацетилування якого в осіб, названих швидкими ацетиляторсі-ми (IIIА), більш ніж удвічі перевищує таку в осіб, названих повільними ацетиляторами (ПА ). Пізніше було показано, що в ПА-фено-типів порушене також ацетилювання ново-каїнаміду, апресину, кофеїну, ряду сульфаніламідних препаратів. Відомі міжпопуляційні розходження в частоті ША- і ПА-фенотипів. Так, частка ПА в європейських популяціях становить 59%, в афроамериканських -близько 55%, у мошолоідних- 10-22%.

Окисний поліморфізм спартеїн-дебризо-хінового типу виявлений при дослідженні поліморфізму біотрансформації гіпотензивного препарату дебризохіну й антиаритміч-ного - спартеїну. Виявилося, що метаболізм цих двох препаратів відбувається за участю того самого ізоферменту з сімейства цито­хрому Р-450 (цитохром Р-4501 ІД). Показано, що цей ізофермент бере участь у метаболіз­мі біля 30 лікарських засобів, серед яких знай­дені трициклічні антидепресанти (амітрипти-лін, іміпрамін), Р-адреноблокатори (пропра-нолол), антиаритміки (пропафенон), нейро­лептики (тіоридазин), фенамін та ін., список яких продовжує розширюватися.

Вперше питання про генетично детер­міновану індивідуальну чутливість людей до лікарських засобів було підняте в 1952р. внас­лідок випадків тяжкого гемолітичного кризу й анемії після прийому протималярійного пре­парату примахіну. З'ясувалося, що ці реакції зумовлені дефіцитом активності ферменту Г-6-ФДГ, продукція якого пов'язана з геном, розташованим у Х-хромосомі.

Основні ферменти, відповідальні за біотрансформаціюліків

Назва ферменту	Результат дії
ФАЗА І
Ізоформи сімейства цитохрому Р-450 — мікросомальні споксидгідролази	Перетворення ліків в електрофільні форми, з коротким терміном життя. Активація ксенобіотиків з утво­ренням активних проміжних електрофільних метаболітів.
ФАЗА II
Сульфотрансферази N-ацстилтрансферази Глютатіон-Б-трансферази UDF-глюкорон сульфотрансферази, N-, О-, і S-метилтрансферази	Переведення проміжних метаболітів у водорозчинні нетоксичні сполуки, що виводяться з організму

Клінічна класифікація генетичних порушень (М.П.Скакун, 1981)

Усі спадкові захворювання об'єднані в чотири групи щодо особливостей фармако­генетики.

І група - генетичні порушення, при яких різко зростає фармакологічна дія лікарських засобів. Вони спостерігаються при недостатності ферментів: сироваткової бутирилхолін-естерази, гідроксилаз, гіпоксантин-фосфо-рибозилтрансферази, фенілаланін-4-гідрокси-лази та ін.

Недостатність сироваткової бутиріа-холінестерази виявлена в людей після засто­сування дитиліну, що гідролізується цим ферментом. При цьому спостерігається подовжене (до 2 год і більше) розслаблення м'язів і апное. Причиною падіння інтенсивності гідролізу дитиліну в крові є зниження спорідненості до нього бутирилхолінестерази. Виявлено атипові варіанти цього ферменту, що успадковуються за законами Менделя. Типовий і атиповий варіанти бутирилхолінестерази детермінуються чотирма алельними генами, що дають початок 10-ти різноманітним генотипам. Нормальну бутирилхолінестеразу кодує алельний локус Е,', а атипову - локус Ej". У гомозигот Е,'Е,' гідролітична активність ферменту нормальна, а в гомозигот Е,^а Е^ знижена. В осіб, яким передбачається вводити дитилін, необхідно зібрати ретельний анамнез щодо чутливості до цього препарату, а також провести попереднє дослідження на активність бутирилхолінестерази.

Недостатність ферментів гідроксилаз відбивається на метаболізмі таких препаратів, як дифенін, деяких антикоагулянтів, фенацетину та ін. У людей, що страждають на дисавтономію (синдром Райлі-Дея), спостерігається висока чутливість до засобів для інгаляційного наркозу - фторотану і метопсифлурану, а також до препарату метахоліну. Успадковується за АР типом. Такі хворі страждають на розлади функції нервової системи, терморегуляції, у них спостерігається зниження больової чутливості, пітливість, порушується координація.

Розвиток симптомів захворювань 1 групи залежить від:

• ступеня порушення метаболізму лікарського засобу, що зумовлює нако­пичення його в організмі в значних концентраціях;

• підвищення чутливості органів-мішеней.

ІІ група - генетичні порушення, при яких дія лікарських засобів зменшується чи не виявляється. Ця група включає порушення ферментних систем, що призводять до роз­витку толерантності організму до лікарських засобів:

• в осіб із дефіцитом каталази (хвороба Такагара) застосування розчину окси­ду водню не ефективно, тому що не відбувається його розкладання з виділен­ням молекулярного кисню, у той же час токсичність метанолу в них виявля­ється в меншій мірі, але зростає вплив інших спиртів;

• при недостатності гіпоксантин-фосфо-рибозилтрансферази послаблюється

вплив меркантопурину, азатюприну;

• при глікогенозі (хвороба Гірке) змен­шується гіперглікемічний ефект адрена­ліну, глюкагону і галактози;

• при хворобі Хартпнупа спостерігається толераіггність до нікотинової кислоти.

III група - генетичні порушення, при яких різко зростає токсичність лікарських засобів. До цієї групи відноситься недостатність Г-6-ДГ, глутатіонредуктази еритроцитів, де-фект у синтезі глутатіону, а також нестабільні форми гемоглобіну, злоякісна і доброякісна гіпертермія на засоби для наркозу та ін.

У людей, що страждають зазначеними дефектами, спостерігається розвиток гемо­літичної кризи через масову загибель еритроцитів при прийомі протималярійних засобів (примахіну, хінгамину, пентахіну, акрихіну, хіноциду), анальгетиків і нестероїдних проти­запальних препаратів (ацетаниліду, фенаце­тину, ацетилсаліцилової кислоти, амідопірину, антипірину), сульфаніламідних препаратів, похідних нітрофурану (фурациліну, фурадо-ніну, фуразоліну, фуразолідону), вікасолу, ПАСК, левоміцетину, новарсенолу, бутаміду, хінідину, метиленового синього. У таких лю­дей смерть може наступити при застосуванні фторотану, метоксифлурану, ефіру для нар­козу, циклопропану. В окремих осіб при вве­денні цих препаратів виникає гіпертермія. Ге­нетичні порушення, що належать до Ш групи, успадковуються за АД типом.

IV група - спадкові захворювання, при яких виявляється провокуюча дія лікарських засобів. До них відносяться печінкові порфирії, що виникають при прийомі барбітуратів, сульфаніламідних препаратів, амідопірину, естрогенів, етилового спирту. Первинна подагра, викликана спадковими порушеннями обміну пуринів, посилюється внаслідок дії етанолу, хлортіазиду та інших препаратів.

При спадкових гіпербілірубінеміях (синд­роми Жильбера, Кріглера-Наджара, Дубіна-Джонсона і Ротора) підвищується вміст білірубіну в результаті прийому хіміо­терапевтичних (сульфаніламідні препарати, левоміцетин, ПАСК), протизапальних і аналь-гезуючих засобів (фенацетин, парацетамол і ін.), барбітуратів, етанолу. У зв'язку з прийо­мом ацетилсаліцилової кислоти може підви­щуватися кровоточивість (хвороба Вілебран-да), що успадковується за АД типом.

До цієї групи можна віднести сімейний гіперкаліємічний параліч (хвороба Гамс-торпа), що викликається калію хлоридом; гіпокаліємічний параліч (хвороба Вестфаля), що провокується прийомом інсуліну, адрена­ліну, кортикостероїдів; спадкову метгемогло-бінемію, що виявляється при введенні суль­фаніламідних препаратів, левоміцетину, про­тизапальних і анальгезуючих засобів; підви­щення внугрішньоочного тиску при інсти­ляції розчинів глюкокортикостероідів. Захво­рювання, що входять у цю групу, успадко­вуються за АД чи АР типом.

Поряд із патологічними реакціями на лікарські засоби описані фармакогенетичні порушення при виведенні їх з організму, різ­номанітна чутливість до деяких речовин, що знаходиться в їжі і навколишньому сере­довищі. Так, спроможність відчувати смак фенілтіокарбаміду, як різко гіркої речовини детермінована генами, що успадковуються за АД типом, і пов'язана з активністю тирозина-зи у слині. Вона коливається від 98% (амери­канські індіанці) до 67% (жителі Західної Європи) і відсутня в аборигенів Африки і Південної Америки.

Спроможність відчувати "мигдальний запах" синильної кислоти детермінована ре­цесивним геном, зчепленим із статтю. У чо­ловіків ця спроможність трапляється в 4 рази частіше, ніж у жінок.

У зв'язку зі збільшенням концентрації токсичних речовин у біосфері, а також зрос­танням кількості фармакологічних засобів, що застосовуються для лікування соматичних і інфекційних захворювань, порушення біохі­мічних процесів стали частішати. Фармако­пейним комітетом висуваються високі вимо­ги до контролю за новими лікарськими засо­бами, зокрема, повинна бути виключена можливість не тільки провокуючої дії сто­совно загострення спадкових захворювань, але і їх мутагенних, канцерогенних і терато-генних властивостей, що є також сферою дослідження фармакогенетики.

Щорічно до 2 млн. уже зареєстрованих хі­мічних речовин додається ще 250 тис. нових, із яких біля 500 впроваджуються в практику як лікарські засоби, харчові добавки, пести­циди, промислові сполуки. Як показали екс­периментальні дослідження, частина з цих речовин може індукувати мутації, виявляти тератогенний і канцерогенний ефекти.

Фармакогенетика володіє великою кіль­кістю експериментальних методів для оцінки зазначених ефектів. Основними біологічними об'єктами при цьому є мікроорганізми, рос­лини, комахи, ссавці і соматичні клітини лю­дини. Як правило, рекомендується використо­вувати для дослідження декілька тест-систем. Проте специфічність організму людини, як біологічного об'єкта, унікальність його мета­болізму, різномаїття середовишних компо­нентів, з якими він контактує, не дозволяють дійти остаточного висновку про генетичшш ризик тих чи інших речовин для людини.

Генетична стійкість мікроорганізмів до медикаментозних препаратів і шляхи її подолання.

Доведено, що після широкого впровадження в практику ефективних протимікробних препаратів з'являються стійкі до них штами мікроорганізмів. Вироблення стійкості особливо чітко спостерігається в патогенних і непатогенних бактерій до антибіотиків. За даними ВООЗ (1994), серед стафілококів, ши-гел, сальмонел, ешерихій, що виділяються з організму людини, тварин, зовнішнього середовища, харчових продуктів, 50-90% штамів стійкі до пеніциліну, сірсптоміцину, тетрацикліну, левоміцетину. При цьому спостерігається одночасна стійкість до декількох препаратів - множинна медикаментозна стійкість.

Розрізняють такі форми медикаментозної стійкості:

-природну і набуту;

-ферментативну і рецепторну;

-нуклеоі'дну і плазмідну.

Природна медикаментозна стійкість спостерігається в деяких мікроорганізмів до одного з антибіотиків, у той же час до інших вони чутливі. Так, наприклад, бактерії роду Proteus, Pseudomonas, Klebsiella стійкі до пеніцилінів, а ентеробактерії-до цефалоспо-ринів. Для природної стійкості характерні висока стабільність і спадкова резистентність незалежно від наявності лікарського засобу в середовищі проживання.

Відомо, що багато хіміотерапевтичних препаратів, у тому числі антибіотики, мають мутагенні властивості. Стійкість, зумовлена мутаціями, одержала назву нуклеоїдної (або хромосомної); вона трапляється в мікробній популяції із частотою від 1:100 до 1:1000 клітин. Така мутація призводить до резистентності тільки до одного препарату. У результаті наступної селекції мутантів хіміо­терапевтичними засобами вони одержують поширення в мікробній популяції.

Значно більш важлива, ніж мутації, поя­ва медикаментозностійких штамів мікро­організмів і їх поширення належить R-гшаз-міді (множинна медикаментозна резистент­ність). R-плазміда являє собою дволанцюгову ДНК, що знаходиться в цитоплазмі і здійснює генетичні функції незалежно від ДНК-нуклео-тиду. R-плазміда включає гени резистентності до визначених антибактеріальних препаратів і чинник переносу RTF (Resistance transfer factor), що контролює не тільки внутрішньо­видову, але і міжвидову передачу цієї плазмі-ди. Виявлено, що R-плазміди, що мають від 2 до 9 генів резистентності, можуть передава­тися шляхом кон'югації і трансдукції. Надхо­дження R-плазміди в мжробну клітину наді­ляє її стійкістю до тих хіміопрепаратів, гени яких містяться в цій плазміді. Елімінація R-плазміди з мікроорганізму призводить до втрати набутої множинної медикаментозної стійкості.

Виявлено штами мікроорганізмів, що володіють двома типами стійкості - нук­леоїдної (хромосомної) і плазмідної. Таке "співіснування" носить характер синергізму, що робить мікробну клітину стійкою до дії хіміопрепаратів.