3. Биотехнологическое производство лс основано на использовании биообъектов, функции которых на разных этапах процессов биосинтеза различны. Рассмотрите варианты их использования. Ответ

Биообъект — центральный и обязательный элемент биотехнологического производства. Биообъектом может быть целостный сохранивший жизнеспособность многоклеточный или одноклеточный организм. Им могут являться изолированные клетки многоклеточного организма, а также вирусы и выделенные из клеток мультиферментные комплексы, включенные в определенный метаболический процесс. Наконец, биообъектом может быть индивидуальный изолированный фермент.

Функция биообъекта - полный биосинтез целевого продукта, включающий ряд последовательных ферментативных реакций или катализ лишь одной ферментативной реакции, которая имеет ключевое значение для получения целевого продукта.

Биообъект, осуществляющий полный биосинтез целевого продукта, называется продуцентом. Биообъект, являющийся индивидуальным ферментом или выполняющий функцию одной ферментативной реакции, используемой биотехнологом, называют промышленным биокатализатором.

Таким образом, к биообъектам относятся как макромолекулы, так микро- и макроорганизмы.

В качестве макромолекул в промышленном производстве используются ферменты всех известных классов, но наиболее часто - гидролазы и трансферазы. Использование ферментов в производстве в иммобилизованном виде, т.е. связанных с нерастворимым носителем, наиболее рационально, так как в этом случае обеспечиваются многократность их применения и стандартность повторяющихся производственных циклов. Иммобилизованную нитрилазу (фермент, катализирующий гидролиз нитрилов до карбоновых кислот) компания Pfizer использует для превращения R-3-гидрокси-4-цианобутирата в аторвастатин, препарат класса статинов Lipitor, используемый для снижения уровня холестерина в крови. Иммобилизованные пенициллинацилазы применяются в синтезе новых –лактамных антибиотиков на основе 6-аминопенициллановой кислоты.

Наиболее «простые» биообъекты - вирусы. Определенные штаммы вирусов (с ослабленной патогенностью) используются прежде всего для приготовления вакцин. Вирусы культивируют в самых разнообразных клетках – от микробных до клеток человека.

Доминирующее положение в современном биотехнологическом производстве занимают микробные клетки прокариот и эукариот (E. coli, Corynebacterium, Saccharomyces cerevisiae и др.). Они являются продуцентами используемых в качестве лекарственных средств первичных метаболитов: аминокислот, азотистых оснований, коферментов, моно- и дисахаров, ферментов медицинского назначения, применяемых в заместительной терапии и т.д. Микроорганизмы образуют огромное количество вторичных метаболитов, многие из которых также нашли применение, например, антибиотики, алкалоиды, стероиды, жирные кислоты и тп.

На основе биомассы отдельных видов микроорганизмов получают пробиотики - препараты используемые при дисбактериозах для нормализации микрофлоры желудочно-кишечного тракта. Наконец, микробные клетки методами генной инженерии могут быть трансформированы в продуценты видоспецифических для человека белковых гормонов, белковых факторов неспецифического иммунитета (инсулин, соматотропин, интерфероны, лактоферрин и т.д.)

Высшие растения являются традиционным источником получения лекарственных средств. При использовании растений в качестве биообъектов основное внимание сосредоточено на вопросах культивирования растительных тканей на искусственных средах (каллусные и суспензионные культуры) и открывающихся при этом новых перспективах. Методами генетической инженерии создаются растения, в которых синтезируются терапевтически важные для человека белки, а также первичные и вторичные метаболиты. В качестве объектов «molecular farming» традиционно используются кукуруза, картофель, рис, лен, табак, соя и др.

Биообъектом для получения лекарственных и диагностических средств могут являться млекопитающие. Трансгенные коровы, овцы, козы используются для получения белков человека. Эти белки секретируются клетками молочной железы, так что можно создавать фермы и относительно дешево получать препараты сложного строения. В 2009 г. US FDA одобрил продажи лекарственного препарата ATryn, представляющего собой белок антитромбин, очищенный из молока генетически модифицированных коз. Культуры клеток млекопитающих используют для получения моноклональных антител, вакцин, терапевтически важных белков. Довольно часто в качестве биообъектов выступают птицы, рептилии, амфибии, членистоногие, рыбы, моллюски. Разнообразие образуемых ими биологически активных соединений, нашедших применение в медицине, крайне велико.

В последние годы в связи с развитием биотехнологии и медицины биообъектом становится и человек, хотя на первый взгляд это кажется парадоксальным. В принципе, человек уже давно мог быть отнесен к биообъектам, например, при получении гомологичной антисыворотки или в случае использования тканей и органов человека для их пересадки (костный мозг, почки, сердце, печень, роговица глаза и т.д.). Совершенствование технологий культивирования клеток человека открывает возможности терапевтического клонирования, нового направления лечения, «медицины запасных частей». Терапевтическое клонирование позволит выращивать потенциально любые клетки человека на основе плюрипотентных стволовых клеток и впоследствии заменять поврежденные органы и ткани новыми, здоровыми и абсолютно совместимыми с реципиентом.