Кіріспе

Генетикалық инженерия арқылы фармацевтикалық өнімдерді өндіру. "Фарминг" – "ауыл шаруашылығы" және "фармацевтикалық" сөздерінің қосылуынан пайда болған термин, генетикалық инженерияны пайдалану арқылы пайдалы фармацевтикалық заттарды кодтайтын гендерді әдетте бұл гендерді өндірмейтін жануарларға немесе өсімдіктерге енгізуді білдіреді, осылайша генетикалық модификацияланған организм (ГМО) жасалады. Фарминг молекулалық ферма, молекулалық фарминг немесе биофарминг деп те аталады. Фарминг өнімдері – рекомбинантты ақуыздар немесе олардың метаболизм өнімдері. Рекомбинантты ақуыздар көбінесе бактериялар немесе ашытқыларды биореакторда қолдану арқылы өндіріледі, бірақ фарминг өндірушіге қымбат инфрақұрылым қажет етпейтін мүмкіндік береді, сондай-ақ өндіріс көлемін сұранысқа қарай жылдам және айтарлықтай төмен құнмен арттыруға болады.

Тарих

Бірінші өсімдіктерден алынған рекомбинантты белок (РББ) – адам сарысуындағы альбумин болды, ол алғаш рет 1990 жылы трансгенді темекі және картоп өсімдіктерінде өндірілді. Бұл дақылдарды ашық алаңда өсіру сынақтары 1992 жылы АҚШ-та басталды және содан бері жыл сайын жалғасып келеді. АҚШ Ауыл шаруашылығы министрлігі барлық штаттарда фармацевтикалық дақылдарды отырғызуға рұқсат бергенімен, көптеген сынақтар Гавайи, Небраска, Айова және Висконсин штаттарында жүргізілді. 2000 жылдардың басында фармация индустриясы дамыған болатын. Антиденелер, қан өнімдері, цитокиндер, өсу факторлары, гормондар, рекомбинантты ферменттер және адам мен ветеринариялық вакциналарды қоса алғанда, көптеген терапиялық ақуыздарды өндірудің мүмкіндігі дәлелденді. 2003 жылға қарай, шамамен 200 биотехнологиялық компания адам ауруларын емдеуге арналған бірнеше РББ өнімдерін әзірлеп жатты, олардың ішінде цистикалық фиброзды емдеу үшін рекомбинантты асқазан липазасы, тіс кариесін алдын алу және Ходжкин емес лимфоманы емдеу үшін антиденелер бар. Алайда, 2002 жылдың соңында, ProdiGene компаниясы трипсин өндірісін коммерциялық өндіріс деңгейіне көтеріп жатқанда, олардың ГМ жүгері өнімдерінің бірінен қалған ерікті өсімдіктер (алдыңғы егіннен қалған) сол алаңда кейін егілген дәстүрлі соямен бірге жиналғандығы анықталды. ProdiGene компаниясына 250 000 доллар айыппұл салынды және USDA тазалау жұмыстарына 3 миллион доллардан астам төлеуге міндеттелді. Бұл оқиға қызу пікір-таластарға себеп болды және фармация саласын айтарлықтай кері тартты. 2005 жылы Anheuser Busch компаниясы Ventria Bioscience компаниясы штат ішінде фармациялық күріш өсіруді жоспарлағандықтан, Миссури штатында өсірілген күрішке бойкот жариялаумен қорқытты. Келісімге қол жеткізілді, бірақ Ventria басқа себептерге байланысты Миссуриде өсіруге рұқсатын кері алды. Индустрия біртіндеп қалпына келді, биореакторларда өсірілген қарапайым өсімдіктерде фармацияға және жылыжайларда ГМО дақылдарын өсіруге баса назар аударды. Кейбір компаниялар мен академиялық топтар дәрілік заттар өндіретін ГМО дақылдарын ашық алаңда сынақтан өткізуді жалғастырды. 2006 жылы Dow AgroSciences компаниясы АҚШ-та өсімдік клеткаларында өндірілген құсқа арналған Ньюкасл ауруына қарсы вакцинаны сатуға USDA-дан мақұлдау алды – бұл АҚШ-та өсімдіктерде өндірілген және мақұлданған алғашқы вакцина.

Тарихи дамуы

Қазіргі уақытта сүт – трансгенді организмдерден рекомбинантты ақуыздар өндірудің ең жетілген жүйесі болып табылады. Қан, жұмыртқа ақшылы, шәует плазмасы және зәр теориялық тұрғыдан басқа мүмкін жүйелер, бірақ олардың барлығының кемшіліктері бар. Мысалы, 2012 жылға дейін қанда тұрақты рекомбинантты ақуыздардың жоғары деңгейін сақтау мүмкін емес, ал қандағы биологиялық белсенді ақуыздар жануарлардың денсаулығына әсер етуі мүмкін. Сиыр, қой немесе ешкі сияқты сүтқоректілердің сүтіне экспрессия жасау кең таралған, себебі сүт өндірісі мол және сүттен тазарту салыстырмалы түрде оңай. Хомяктар мен қояндар алдын ала зерттеулерде олардың тез көбейетіндігіне байланысты қолданылды. Бұл технологияға қолданылатын тәсілдердің бірі – сүтінде (немесе қанында немесе зәрінде) биофармацевтикалық препаратты өндіретін трансгенді сүтқоректілерді жасау. Жануар жасалғаннан кейін, әдетте пронуклеарлық микроинъекция әдісін қолдана отырып, клондау технологиясын пайдаланып, жақсы модификацияланған геномды алып жүретін қосымша ұрпақтарды жасау тиімді. 2009 жылдың ақпан айында АҚШ-тың FDA генетикалық түрлендірілген малдарда өндірілген алғашқы препаратты сатуға рұқсат берді. Бұл препарат – ATryn, ол генетикалық өзгертілген ешкінің сүтінен тазартылған антитромбин ақуызы. Еуропалық дәрілік заттар агенттігі 2006 жылдың тамызында нарыққа шығаруға рұқсат берді.

Патенттеуге болатын мәселелер

Жоғарыда айтылғандай, тамақ өндіру үшін әдетте қолданылатын кейбір сүтқоректілер (мысалы, ешкі, қой, шошқа және сиыр) тамақ емес өнімдерді өндіру үшін өзгертілген, бұл практика кейде фарминг деп аталады. Генетикалық модификацияланған ешкілерді қолдануды FDA және EMA ATryn, яғни рекомбинантты антитромбин, антикоагулянтты ақуыздық препаратты өндіру үшін мақұлдады. Бұл өнімдер "жануарларды генетикалық түрлендіру арқылы дәрі-дәрмек өндіру "машинасына" айналдыру арқылы өндіріледі" кейде биофармацевтикалық деп аталады. Мұндай биофармацевтикалық өнімдердің патенттеуге жарамдылығы және олардың өндіріс процесі белгісіз. Вероятно, биофармацевтикалық препараттардың өзі патенттелмейді, егер олар химиялық тұрғыдан бұрыннан бар дәрілерге сәйкес келсе. XIX ғасырдағы АҚШ Жоғарғы Сотының бірнеше шешімінде бұрыннан белгілі табиғи өнім жасанды жолмен өндірілген жағдайда, оны патенттеуге болмайды деп көрсетілген. Дегенмен, биофармацевтикалық препаратты өндіру процесін патенттеуге мүмкіндік бар, себебі жануарларды дәрі-дәрмек өндіру үшін генетикалық өзгертуге ұшырату бұрынғы өндіріс әдістерінен өзгеше; сонымен қатар, Жоғарғы Соттың бір шешімі осы мүмкіндікті ашық деп санайды. Екінші жағынан, Жоғарғы Соттың "Майо Прометейге қарсы" ісі бойынша қабылданған шешім мәселе тудыруы мүмкін, себебі осы шешімге сәйкес, "мүмкін, осы гендер бұл белокты сүтқоректілерде әрқашан болғандай өндіреді, олар бірдей өнімді шығарады және қолданылатын генетикалық модификация технологиясы дәстүрлі, сондықтан процестің қадамдары табиғат заңдарына жаңа ештеңе қоспайды". Егер бұл аргумент сотта қабылданса, процесс патенттік қорғауға жарамсыз болады. Бұл мәселе әлі сотта қарастырылмады.

Өсімдіктерде

Өсімдіктерде жасалған фармацевтік препараттар (PMP), сондай-ақ фармация деп те аталады, – биотехнология индустриясының бір саласы. Ол өсімдіктерді генетикалық түрлендіру арқылы белгілі бір терапиялық маңызы бар ақуыздарды, пептидтерді және екіншілік метаболиттер сияқты қосымша молекулаларды өндіруді қамтиды. Ақуыздар мен молекулалар жиналып, фармацевтік препараттар жасау үшін қолданылады. Арабидопсис өсімдіктердегі гендік экспрессияны зерттеу үшін жиі қолданылатын модельдік организм, ал өндіріс жүгері, күріш, картоп, темекі, зығыр немесе шафранда жүзеге асырылуы мүмкін. Темекі – трансгендердің экспрессиясы үшін кең таралған организм, себебі оны өзгерту оңай, көптеген тіндерді өндіреді және in vitro және жылыжай жағдайында жақсы өседі. Күріш пен зығырдың артықшылығы – олар өздігінен тозаңданады, сондықтан ген ағынының алдын алуға болады (төменде қараңыз). Дегенмен, адам қателігі салдарынан өзгертілген дақылдар тағамдық өнімдерге еніп кетуі мүмкін. Шафран немесе темекі сияқты аз өндірілетін дақылдарды пайдалану, бұршақ немесе күріш сияқты негізгі дақылдарды қолданумен байланысты саяси қысымды және тағамдық қауіпсіздікке қатысты тәуекелді азайтады. Өсімдік жасушаларында немесе түкті тамыр мәдениеттерінде ақуыздардың экспрессиясы гендердің таралу қаупін де азайтады, бірақ өндіріс құны жоғарылайды. Стерильді гибридтер трансгенді өсімдіктерді биологиялық шектеу үшін де қолданылуы мүмкін, бірақ тұрақты штаммдарды алу мүмкін емес. Дәнді дақылдар кейде фармация үшін таңдалады, себебі дәнді дақылдардың эндосперміне бағытталған ақуыз өнімдерінің жоғары жылу тұрақтылығы бар екені көрсетілген. Бұл қасиет оларды жеуге жарамды вакциналар өндіру үшін тартымды етеді, себебі дәндерде сақталған вирус қабықшасы ақуыздары көптеген вакциналар сияқты суық сақтауды қажет етпейді. Дамушы елдерге вакцина жеткізу кезінде температураны бақылайтын тізбекті сақтау қиындықтар тудыруы мүмкін. Өсімдіктерді түрлендіру көбінесе Agrobacterium tumefaciens арқылы жүзеге асырылады. Қызығушылық тудыратын ақуыз көбінесе гүлдесте мозаика вирусының 35S промоторының (CaMV35S) бақылауымен экспрессияланады, бұл өсімдіктерде экспрессияны қамтамасыз ететін қуатты промотор. Ақуыздың дұрыс жиналуын қамтамасыз ету, тазартуды жеңілдету немесе өнімділікті арттыру үшін локализациялық сигналдар қызығушылық тудыратын ақуызға қоса берілуі мүмкін, осылайша хлоропластар немесе вакуольдер сияқты белгілі бір жасушалық бөлімдерде жиналуына себеп болады. Соңғы кезде экспрессиялық кассеталарға антисенс гендерін қосу өсімдік фармация процесін жақсартуға көмектеседі деген тұжырым жасалды. Жапониядағы зерттеушілер күрішті антисенс SPK генімен түрлендірді, ол күріш тұқымдарында крахмалдың жиналуын бұзады, нәтижесінде өнімдер тазалауға оңай келетін сулы шырынға жиналады. Соңғы уақыттарда Lemna minor (қазылмалы өсімдік) немесе Physcomitrella patens (шыбын) сияқты емес дақылдар биофармацевтикалық өнімдерді өндіру үшін пайдалы екенін көрсетті. Бұл қарапайым организмдерді биореакторларда өсіруге болады (егістіктерде өсіруден гөрі), өзгертілген ақуыздарды өсу ортасына бөліп шығарады, соның салдарынан медициналық мақсаттағы рекомбинантты ақуыздарды дайындау кезінде ақуызды тазарту процесін жеңілдетеді. Бұдан өзге, екі түрдің де гликозилдеудің адамға тән үлгісімен ақуыздарды секрециялауға түрлендірілуі мүмкін, бұл дәстүрлі өсімдік гендерінің экспрессиялық жүйелеріне қарағанда жақсырақ нәтиже береді. Biolex Therapeutics қазылмалы өсімдік негізінде экспрессиялық платформаны жасады, бірақ 2012 жылы бизнесті Synthon компаниясына сатты және банкротқа ұшырады. Сонымен қатар, Израильдің Protalix компаниясы трансгенді сәбіз немесе темекі жасушаларында терапиялық препараттар өндіру әдісін әзірледі. Protalix және оның серіктесі Pfizer 2012 жылы FDA-дан талиглюцераза альфа (Elelyso) дәрісін Гоше ауруын емдеу үшін сатуға рұқсат алды.

Реттеу

Генетикалық инженерияны реттеу – үкіметтердің генетикалық модификацияланған егістерді әзірлеу және оларды қолданумен байланысты тәуекелдерді бағалау және басқару жолдарына қатысты мәселе. ГМО егістерді реттеуде, оның ішінде фармацевтикалық мақсатта қолданылатын егістерді реттеуде елдер арасында айырмашылықтар бар, ең айқын айырмашылықтар АҚШ пен Еуропа арасында байқалады. Гендік инженерияның өнімдерін қолдану мақсатына қарай, бір ел ішінде де реттеу ережелері өзгереді. Мысалы, тағамдық өнім ретінде пайдаланылмауға тиіс егістер, әдетте, тағамдық қауіпсіздікке жауапты органдармен қарастырылмайды.

Дау

ГМО айналасындағы даулар көбінесе бірнеше деңгейде туындайды, оның ішінде оларды жасаудың этикалық тұрғысы, зияткерлік меншік және нарық динамикасымен байланысты мәселелер, гендік модификацияланған дақылдардың қоршаған ортаға тигізетін әсері және жалпы өнеркәсіптік ауыл шаруашылығындағы ГМО дақылдарының рөлі. Сонымен қатар, фармацияда да нақты дау-дамайлар бар.

Артықшылықтар

Өсімдіктерде адам денсаулығына қауіпті патогендер кездеспейді. Сонымен қатар, фармакологиялық активті ақуыздар деңгейінде, өсімдіктерде адам ақуыздарына ұқсас ақуыздар жоқ. Алайда, өсімдіктер жануарлар мен адамдарға жеткілікті жақын туысқандық байланыста болғандықтан, жануарлар мен адам ақуыздарын дұрыс өңдеуге және құрастыруға қабілетті. Олардың тұқымдары мен жемістері құнды терапевтік заттарды сақтау үшін стерильді контейнерлер қызметін атқарады және белгілі бір сақталу мерзімін кепілдейді. Дәрі-дәрмектерге деген әлемдік сұраныс бесiлiм деңгейге жетті. Бар болған микробтық жүйелерді кеңейту, кейбір терапевтік өнімдер үшін мүмкін болғанымен, бірнеше себепке байланысты толыққанды шешім емес.

Кемшіліктер

Молекулалық ферма – генетикалық инженерияның бір саласы, бірақ оған тән ерекше алаңдаушылықтар бар. Гендік модификацияланған (ГМ) тағамдарға қатысты алаңдаушылықтар көбінесе адамдардың оны тұтыну қауіпсіздігіне байланысты. Оған жауап ретінде, егінді құрғақшылыққа немесе пестицидтерге төзімділік сияқты жақсартатын гендер тағамның өзіне әсер етпейді деп саналады. Дамытылып жатқан басқа ГМ тағамдар, мысалы, тезірек пісетін немесе ірі өсетін жемістер, ГМО емес сорттардан ешқандай өзгеше әсер етпейді деп есептеледі. Керісінше, молекулалық ферма тағам тізбегіне бағытталған егіндер үшін емес. Ол өсімдік тіндерінде жиналатын физиологиялық белсенді заттарды қамтитын өсімдіктерді өндіреді. Сондықтан тұтынушылардың денсаулығын және қоршаған ортаның биологиялық әртүрлілігін қорғау үшін қажетті шектеулер мен сақтыққа ерекше назар аудару қажет.