Экология и окружающая среда

Современная медицинская биотехнология в условиях экологического прессинга

Острота глобальных проблем, вставшая перед человечеством: нехватка «экологически чистого» продовольствия, ограниченность энергии, возрастание техногенных природных катаклизмов, террористические акты и угрозы и, как следствие, ухудшение здоровья человека, определяют наше повышенное внимание к биотехнологии и, в частности, к медицинской биотехнологии. Возникает настоятельная практическая потребность в принципиально новых технологиях и новых способах организации производства.

Физико-химическая биология в союзе с генетикой, молекулярной биологией и микробиологией предложили новую технологию, как будто способную помочь решению этих проблем, позволили строить оптимистические планы на будущее. С помощью биотехнологических способов получено множество препаратов здравоохранения (альфа- и гамма-интерферон, инсулин, человеческий гормон роста, интерлейкин, препараты крови человека и т.д.), продуктов сельского хозяйства, продовольственной и химической промышленности. Особенно большие надежды связываются с попытками использования микроорганизмов, культур клеток для уменьшения загрязнения среды и производства энергии.

Возможности, открываемые генной инженерией перед человечеством, как в области фундаментальной науки, так и в прикладных областях, весьма велики и нередко даже революционны. Так, они позволяют осуществлять индустриальное массовое производство нужных белков, значительно облегчают технологические процессы получения продуктов ферментации-энзимов, аминокислот и т.д. Особенно большие возможности генная инженерия открыла и открывает перед медициной и фармацевтикой. Для многих болезней с помощью генной инженерии и биотехнологии стали доступны адекватные методы их диагностики и лечения (раковые, сердечно-сосудистые, нервные и, наконец, инфекционные заболевания вирусной и бактериальной природы).

Однако ожидаемые биотехнологические чудеса оказались не столь доступно-реальными, а их внедрение в практику здравоохранения вызвало ряд проблем и разочарований. Как это часто бывает, люди непомерно преувеличивают степень своей осведомленности о реальных процессах жизнедеятельности. Каждый раз мы с удивлением замечаем, что знаем на самом деле очень и очень мало. В этом смысле биотехнология, каждый ее шаг и дальнейшее развитие требуют глубоких разносторонних фундаментальных исследований и разработок. Это чрезвычайно трудоемкая технология, хотя и с большим новаторским направлением и перспективой.

Технология промышленного применения и эксплуатации естественных и целенаправленно созданных природой живых систем, прежде всего микроорганизмов, для удовлетворения потребностей человека – это современная перспективная биотехнология

Возникновение социальных проблем биотехнологии обусловлено тем, что использование биотехнологических продуктов, как правило, качественно преобразует взаимодействие человека с самой живой природой и изменяет роль человека в биотическом круговороте, поэтому остро встает проблема осмысления опыта биотехнологии и развития ее в будущем. Так, очевидно, что биотехнология в совокупности, например, с экологией, трофологией открывает новую эру взаимодействия человека с окружающей средой, особенно с живым веществом биосферы. Биотический круговорот на планете осуществляется более 3 млрд лет только одноклеточными. Важно, что большинство микроорганизмов осуществляют свою жизнедеятельность самостоятельно, независимо от человека и др. многоклеточных. «Делается все более очевидным, что либо мы научимся сознательно регулировать наши отношения с природой и тогда человечеству обеспечено неограниченное по времени существование и прогрессивное развитие, либо, если мы это сделать не сумеем, природа исключит людей из числа существ достойных ее внимания, как она это сделала не раз со многими видами организмов» [1]. Ситуация, таким образом, может быть выражена афоризмом: «Мы не можем ждать милости от природы, если слишком долго будем испытывать ее терпение»

Выход может быть найден, видимо, только один — не противопоставлять биотехнологию природе, а привлекать ее на свою сторону. Ее регулирующие возможности весьма велики, и нет основания их игнорировать. Этому привлечению природы, в «лице» мира микроорганизмов, должна способствовать биотехнология. Биотехнология должна способствовать единению науки, производства и постижению внутренней целесообразности человека. Предшествующая биотехнология и традиционная промышленность слишком отягощены бременем, нарушающим естественные биотические ценозы [2].

Стратегия преобразования и господства над природой (природой человека) в современном мире уже дискредитировала себя. Мы все больше осознаем необходимость гармоничного совместного развития природы и человека, необходимость перехода к биологизации промышленного производства, энергетики и т.д. Она настоятельна не только с экологической точки зрения, сколько для судеб человечества и сохранения биосферы [3].

Развивая медицинскую биотехнологию, необходимо думать о сохранении естественных комплексов биоценозов человека и окружающей среды. Еще совсем недавно мы игнорировали тот факт, что организм человека представляет собой некий подвижный биоценоз: на поверхности нашего тела и на внутренних органах постоянно существуют миллиарды бактерий, грибов и других микроорганизмов. Это наши эволюционные попутчики. Человек, как вид, возник вместе с ними в процессе коэволюции, и приспособление в таких случаях бывает всегда взаимное и очень глубокое и выгодное (бактериальная пленка микрофлоры кишечника). Все наше существование и здоровье зависит от невидимых нитей, связывающих нас с живой природой.

В связи с этим является актуальным развитие биотехнологии препаратов, способствующих восстановлению нормальных биоценозов, а также коррекции микроэкологических нарушений. Это направление обусловлено еще и тем, что на ближайшие годы отсутствует перспектива нормальных биоэкологических условий существования для основной массы населения. Необходимость сохранения биоценозов здоровых людей определяет дальнейшие разработки в области пробиотиков, конструирования новых лечебно-профилактических препаратов, разнообразных по направленности действия, создаваемых на основе не только цельных клеток, но и их компонентов или метаболитов. Вместе с тем, большое значение для медицины и биологии имеет создание и изучение новых иммуномодулирующих препаратов микроорганизмов. Эти вещества позволяют осуществлять пути направленной коррекции иммунных процессов, влияют на физиологические адаптационные возможности организма, поддерживая его гомеостаз.

Природные иммуномодуляторы из микроорганизмов, с антигенами которых у человека сложились эволюционно закрепленные симбиозом отношения, представляют особый интерес. Дальнейшее развитие медицинской биотехнологии должно опираться на создание таких профилактических и лечебных препаратов. Аналогичный препарат из антигенов клеточной стенки симбиотического штамма C. diphtheriae был разработан в институте им. Г.Н. Габричевского [4, 5]. Препарат прошел клинические и государственные испытания в ЦКБ № 1 г. Москва. Имеется разрешение комитета медицинских иммунобиологических препаратов на его внедрение в практику здравоохранения, утверждена фармстатья, инструкция по применению и т.д. Организовать производственный коммерческий выпуск препарата пока не удалось. Препарат зарекомендовал себя как модулятор биологических реакций, способный корригировать нарушения не только ротоглоточного микробиоценоза, но и нарушения клеточного и гуморального иммунитета. Коринебактерии, являясь древними симбионтами открытых полостей человека, выступают в роли носителей уникальных природой выверенных, сбалансированных стимулов-иммуногенов и осуществляют возможность формирования этого сообщества в рамках нормального биологического и физического явления.

Восстановление нормальных биоценозов, а также коррекция микроэкологических нарушений неразрывно связаны с совершенствованием диагностических методов. Особую значимость при этом приобретает перспектива разработки тестовых систем, используемых в диагностике микроэкологического статуса организма, с привлечением комплексных приемов физико-химической биологии, когда наряду с применением биологических составляющих этих систем, используют перспективные синтетические полимеры. В последние годы такие искусственно-синтезированные полимеры успешно применялись нами при конструировании диагностических систем.

В ходе исследований, выполненных нами [6-8], было показано, что можно достичь принципиального повышения качества тест-систем при использовании таких агентов для связывания антигенов (антител), как специальные водорастворимые полимеры, способные к многоточечной координации с поверхностью эритроцита и иммуно-активными частицами. Замена традиционных реагентов (соли хрома, глутаровый альдегид, гидрохинон и т.п.) на полимерные системы позволила на порядок повысить чувствительность диагностикумов при сохранении достаточно хорошего уровня активности не менее трех лет. Кроме того, полимерные системы хорошо себя зарекомендовали в качестве адъювантов, не вызывающих побочных эффектов при получении гипериммунных сывороток.

Сконструированные нами диагностические системы, включающие в себя антигены клеточных стенок коринебактерий дифтерии, бифидобактерий, лактобактерий в сочетании с синтетическими полимерами в качестве связующих компонентов, были использованы для изучения иммунореактивности организма (популяции) к симбионтной микрофлоре человека [6–10]. Так, с помощью тестовой системы на основе фракции клеточных стенок нетоксигенных коринебактерий дифтерии проводилась популяционная оценка общей иммунорезистентности у населения, проживающего на территориях страны с разным уровнем экологической напряженности (рис. 1) [9, 10]. Тест–система с антигенами бифидобактерий позволяет определить риск срыва иммунологической толерантности к индигенной микрофлоре кишечника по наличию антител к бифидобактериям в крови человека [7].

Средний популяционный уровень нормальных антител

Рис.1. Средний популяционный уровень нормальных антител к C.diphtheriae в Иркутске и гг. Краснокаменске и Балее (Читинская обл.).

Таким образом, вырисовывается необходимость осмысления и систематизации накопленных знаний о конструировании иммунодиагностических препаратов. Для создания и производства высокочувствительных и высокоспецифичных препаратов необходим симбиоз новейших молекулярно-генетических, статистических и экономических методов. Разработка системного подхода к конструированию диагностических тестов — от концепции до коммерческого продукта является своевременным и должна существенно повлиять на качество и стоимость диагностики. Думается, что высказанные суждения о дальнейшем развитии медицинской биотехнологии в контексте социально-практических задач должны восприниматься как положительные, но не окончательные. Однако отказ от анализа путей дальнейшего развития процесса медицинской биотехнологии из-за боязни сделать ошибки в условиях социальных и государственных установок или позиций, как кажется, был бы еще большей ошибкой.

Е.А. Шмелева, С.М. Попкова, С.И. Лещук, В.В. Анненков, Л.В. Сердюк

Литература:

  1. Камшилов М.М. Биотический круговорот. – М., 1979.
  2. Фадеев Е.Т. Проблема экологического производства // Философские проблемы глобальной экологии. – М., 1983. – С. 323–325.
  3. Алексеев Г.Н. Энергоэнтропика. – М., 1983.
  4. Шмелева Е.А. Биологическая функция антигенов клеточной стенки С.diphtheriae и научно-производственная разработка иммуномодулирующего препарата Кодивак // Автореферат диссертации д. биол. н. – М., 1991.
  5. Шмелева Е.А., Корженкова М.П., Маркина С.С. и др. Перспективы использования препарата Кодивак в профилактике дифтерии и ОРЗ / Сб. трудов МНИИЭМ им. Габричевского «Проблемы инфекционных болезней». – М., 2000. – С. 70–74.
  6. Анненков В.В., Лещук С.И., Попкова С.М. и др.Новые полимерные системы для иммунологии: адъюванты, гидрогели, функционализированные покрытия / Фундаментальные науки – медицине: Материалы конф., 10–11 декабря, 2003 г. – М., 2003. – С. 85–86.
  7. Способ приготовления эритроцитарного антигенного диагностикума с применением бактериальных антигенов бифидобактерий, лактобактерий и полимерных кислот: Патент РФ № 2202801 от 20.04.03 / С.И. Лещук, В.В.Анненков, С.М.Попкова.
  8. Способ приготовления эритроцитарного иммунодиагностикума и способ оценки иммунорезистентности организма: Пат. 2142807 РФ: 6 А 61 К 35/18, G 01 N 33/53 / С.И. Лещук, С.М.Попкова, Е.А.Шмелева (РФ). Заявлено 23.03.96; Опубл. 20.12.99, Бюл.
  9. Попкова С.М. Иммунологическая оценка состояния здоровья некоторых групп населения Читинской области / С.М. Попкова, С.И. Лещук, Е.Л. Кичигина // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. – 2001. – № 4. – С. 41–45.
  10. Попкова С.М. Оценка иммунорезистентности популяции при массовых обследованиях населения / С.М. Попкова, Е.Л. Кичигина, Е.А. Шмелева// Бюл. СО РАМН. – 1998. – № 1–2. – С. 40–43.