Водоросли

2.3 Водоросли

В целом ряде стран водоросли используют как весьма полезную витаминную добавку к кормам для сельскохозяйственных животных. Но гидролизаты белка зеленой водоросли Scenedesmus используются и в медицине и косметической промышленности. Таким образом, культивируя эту водоросль, можно получать глицерол, пигмент и белок, что весьма перспективно с экономической точки зрения [9].

Одним из самых ценных продуктов, получаемых из красных водорослей, является агар — полисахарид, присутствующий в их оболочках и состоящий из агарозы и агаропектина. Водоросли — единственный источник получения агара, агароидов, каррагинина, альгинатовВ нашей стране основным источником агара служит красная водоросль анфельция.

Бурые водоросли богаты также весьма полезным соединением — шестиатомным спиртом маннитом, который с успехом применяют в фармацевтической и пищевой промышленности.

3. Методы скрининга источников ЛС

На этапе планирования биологических испытаний синтезированных соединений разработчик выбирает между двумя принципиальными стратегиями тестирования. В рамках первой стратегии новые соединения испытываются на одной или нескольких выделенных белковых биомишенях, функционирование которых связано с определенными патологическими состояниями.

Важно, что результаты первичных испытаний на индивидуальной биомишени позволяют обнаруживать закономерности зависимости между структурными особенностями молекул и их активностью (зависимости «структура-свойство» или SAR, от англ. structure-activity relationships), что в свою очередь позволяет направленно отбирать соединения для последующих циклов тестирования. Было показано, что несколько раундов такого скрининга, усиливаемых SAR-зависимостями, являются чрезвычайно эффективным средством поиска высокоактивных молекул [6].

В последнее десятилетие, особенно в связи с появлением высокопроизводительных автоматизированных систем биологического скрининга, она стала базовой стратегией поиска активных соединений на ранних этапах разработки лекарств.

При всей своей привлекательности эта стратегия имеет ряд весьма существенных недостатков. Главным из них является то, что при переходе к испытаниям на более комплексных объектах (клетки, ткани или целые организмы) результаты испытаний часто оказываются неадекватными по той причине, что на активность лекарства в реальной физиологической ситуации влияет большое число факторов, которые упрощенная тест-система не способна воспроизвести.

Практика разработки лекарственных средств в последние годы свидетельствует о том, что безоглядная ставка на масштабный скрининг больших библиотек соединений не привела к реальному увеличению числа выведенных на рынок новых лекарств.

Сравнительные характеристики стратегий биологического скрининга

рис.1

Альтернативная стратегия биологических испытаний - этота, при которой химические соединения тестируются с использованием модельных систем, более приближенных к живым организмам объектам терапевтического воздействия. Примерами могут служить культуры клеток или тканей, патогенные организмы (например, бактерии) и даже животные. Соединения, активные по отношению к таким объектам, являются гораздо более ценными кандидатами в лекарства, чем вещества, проявившие активность в пробирочных тестах на выделенных белках. Однако здесь тоже существуют препятствия:

- стоимость испытаний на животных во много раз превышает стоимость in vitro испытаний. Это приводит к невозможности испытаний больших библиотек соединений.

- на активность соединений в подобных экспериментах влияет множество факторов, таких как природа молекулярной биомишени, эффективность проникновения соединений через биологические мембраны, скорость метаболитической деградации соединений в тестируемых объектах и другие.

Поэтому на основании подобного тестирования сложно создать адекватные модели связи структуры с активностью, которые являются ценным подспорьем при оптимизации активных молекул. Пробирочные испытания на выделенных биомишенях также не позволяют адекватно судить о мишень-специфичной фармакологии лекарственного кандидата.

Известно, что в настоящее время лекарственные соединения в большинстве является по своей природе полифункциональными. То есть в реальных физиологических условиях они действуют на ряд биомишеней в организме человека. Следовательно, даже в случае успешного преодоления барьера «in vitro» исследователи не имеют полной ясности относительно механизмов функционирования [5].

Производственные штаммы микроорганизмов должны соответствовать определенным требованиям: способность к росту на дешевых питательных средах, высокая скорость роста и образования целевого продукта, минимальное образование побочных продуктов, стабильность продуцента в отношении производственных свойств, безвредность продуцента и целевого продукта для человека и окружающей среды. В связи с этим все микроорганизмы, используемые в промышленности проходят длительные испытания на безвредность для людей, животных и окружающей среды. Важным свойством продуцента является устойчивость к инфекции, что важно для поддержания стерильности, и фагоустойчивость.

Разработчики лекарственных средств оказываются в непростой ситуации: пробирочные испытания на выделенных биомишенях оказываются чрезмерно упрощенной моделью, а более приближенные к реальности эксперименты отличаются высокой стоимостью и малой производительностью. В обоих случаях полученные результаты слабо поддаются интерпретации с точки зрения механизма действия активных соединений.

Экспериментальным подходом, позволяющим эффективно дополнить описанные выше стратегии биологических испытаний и существенно повысить эффективность создания лекарственных средств, является «обратный» скрининг. В отличие от прямого биологического скрининга больших библиотек химических соединений на одной или нескольких биологических мишенях, в рамках концепции «обратного» скрининга одно или несколько соединений, обладающих доказанными фармакологическими эффектами, но неизвестными (или не до конца понятными) механизмами действия, тестируются на большой панели биомишеней, соответствующих типу фармакологической активности (см. рис.1).

В результате обнаруживаются биомишени для действия исследуемого вещества, что является ключевым шагом к оценке его мишень-специфичной фармакологии. Если тестируемое вещество является разрешенным лекарственным препаратом, уточнение профиля мишень-специфической активности может позволить найти новые потенциальные области его терапевтического применения. В этом случае возможно создание препарата причем со значительно меньшими затратами.

Сравнительные характеристики трех описанных стратегий биологического скрининга представлены в таблице (см. выше). Следует отметить, что на практике все эти стратегии являются не конкурирующими, а взаимодополняющими, и выбор оптимальной концепции исследований зависит от терапевтической области, характера исследуемых молекулярных объектов, доступных ресурсов и прочих.

Для практической реализации «обратного» скрининга требуется применение целого комплекса передовых научно-исследовательских технологий, относящихся к дисциплинам геномики, протеомики, робототехники, молекулярной биологии, компьютерного анализа данных.

Технология обратного скрининга позволяет решать целый ряд различных задач, среди которых наибольший интерес представляет анализ механизмов действия лекарственных соединений с использованием панели биологических мишеней. Один из наиболее популярных подходов связан с применением специальных тест-систем на основе белковых микрочипов. Микрочип состоит из определенного количества микроячеек, каждая из которых содержит индивидуальную белковую биомишень, ковалентно привязанную к микроячейке при помощи специальной химической линкерной системы. Анализируемое лекарственное соединение добавляют к каждой микроячейке, после чего определяют наличие взаимодействия между биомишенью и соединением при помощи различных методов детекции.

Заключение

Нет сомнения, потенциал биотехнологии в наши дни велик. Ей дано — пусть в определенных границах — перевивать по-новому «нить жизни» — ДНК — методами генетической и клеточной инженерии, создавать биообъекты по заранее заданным параметрам и, как обычно добавляют, на благо человечества.

Биотехнология представляется «страной контрастов», сочетания самых передовых достижений научно-технического прогресса с определенным возвратом к прошлому, выражающимся в использовании живой природы как источника полезных для человека продуктов вместо химической индустрии.

Выделение и подбор биообъектов и их исследование – важных этап биотехнологического процесса. Основные особенности методов разработки лекарственных средств в «геномную эру» состоят в попытке ускоренного прохождения пути от структур геномов и протеомов человека в состоянии патогенеза к структурам низкомолекулярных модуляторов функций биомишеней, вовлеченных в конкретные патологии.

Как правило, современные подходы связаны с высокотехнологичными методами исследований, нацеленными на высокопроизводительные химико-биологические эксперименты и систематический анализ огромных массивов информации. Развитие этого направления не только решает задачу интенсификации разработки новых лекарств, но и способствует общему движению в сторону развития инновационной составляющей отечественной экономики.

Литература

1.         Биотехнология лекарственных средств: учеб. пособие / под ред. В.А. Быкова, М.В. Данилина.-М.: Медбиоэкономика, 1991, стр.105-108.

2.         Биотехнология: Принципы и применение / под редакцией И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джойса; пер. с англ.- М.: Мир, 1998, стр.45-82.

3.         Биотехнология: Учебное пособие для ВУЗов /Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова.- М.: Высшая школа, 1987, стр. 15-25.

4.         Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках: М.: Изд-во МГУ, 1994, стр. 73-78.

5.         Елинов Н.П. Основы биотехнологии. Издательская фирма «Наука», СПБ, 1995, стр. 61-73.

6.         Иммобилизованные клетки и ферменты / под ред. Дж.Вудворта; пер. с англ. – М.: Мир, 1998. – 321с.

7.         Микробная биотехнология: Методическое пособие к лабораторным работам для студентов факультета промышленной технологии лекарств / Составители: Е.П.Яковлева и другие; С.-Петербург. Гос.Хим-фармац.акад. - СПб. : Издательство СПХФА, 2000, стр. 32-39.

8.         Промышленная микробиология / под. ред. Н.С. Егорова.-М.: Высш. шк., 1989, стр.45-56.

9.         Северин С.Е. Биохимия и медицина – новые подходы и достижения / С. Е. Северин. – М: Русский врач, 1998. – 94с.

10.      Фармацевтический скрининг в России: прямой или обратный? [Электронный ресурс]. – REMEDIUM, 2007. - №12. – Режим доступа: http://www.remedium.ru/section/state/detail.php