Leczenie reumatoidalnego zapalenia stawów antybiotykami wykazuje swoją skuteczność, jeśli przyczyną choroby jest infekcja bakteryjna lub wirusowa.

Na podstawie tych analiz opracowywane jest kompleksowe leczenie, które zwykle obejmuje następujące duże grupy środków:

• niesteroidowe leki przeciwzapalne (NLPZ);
• podstawowe leki modyfikujące przebieg choroby;
• glikokortykosteroidy.

Reumatoidalne zapalenie stawów to zaburzenie układu odpornościowego, które atakuje tkankę łączną stawów. W leczeniu stosuje się antybiotyki, ponieważ badanie krwi pacjenta wykazuje nadmierną liczbę białych krwinek i szybkie tempo sedymentacji erytrocytów, co jest typowe dla procesu zapalnego wywołanego infekcją. Dokładne przyczyny zapalenia stawów u konkretnego pacjenta mogą nie być znane.

Występowanie choroby, objawy i leczenie

Na podstawie wyników zebrania wywiadu rodzinnego sugeruje się dziedziczną predyspozycję do reumatoidalnego zapalenia stawów. Do wystąpienia choroby przyczyniają się następujące czynniki:

• odra, świnka (świnka), infekcje syncytialne układu oddechowego, inne paramyksowirusy;
• wirus zapalenia wątroby typu B;
• wirus opryszczki dowolnego typu;
• wirus cytomegalii;
• Wirus T-limfotropowy i inne retrowirusy.

Wirus Epsteina-Barra często znajduje się w płynie stawowym pacjentów z zapaleniem stawów. Inne czynniki wywołujące nie są związane z infekcją wirusową, ale mogą być potencjalnie związane z infekcją bakteryjną:

• hipernasłonecznienie, oparzenie słoneczne;
• hipotermia, przeziębienia;
• zatrucie i zatrucie;
• dysfunkcje układu hormonalnego, zmiany hormonalne w czasie ciąży i menopauzy;
• stresujące przyczyny, chroniczne zmęczenie, przepracowanie, szok emocjonalny, depresja;
• cukrzyca, uzależnienie chemiczne, otyłość, choroba psychiczna.

Zapalenie stawów może rozpocząć się w każdym wieku, ale początek choroby zwykle występuje między 20 a 60 rokiem życia, przy czym kobiety chorują trzy razy częściej niż mężczyźni. Pierwsze oznaki uszkodzenia można znaleźć na stawach międzypaliczkowych dystalnych, stawach nadgarstkowych i łokciowych. Choroba ta charakteryzuje się symetrycznym rozkładem. Jak objawia się reumatoidalne zapalenie stawów i jak antybiotyki mogą złagodzić jego objawy:

• ból i sztywność stawów, szczególnie rano;
• lekka gorączka, łagodne dreszcze i gorączka grypopodobna;
• brak apetytu, utrata wagi;
• zwiększona potliwość dłoni i stóp;
• zmniejszona produkcja śliny i łez;
• niedokrwistość;
• ból przy braku ruchu, z długim pobytem w jednej pozycji, ból mięśni;
• obniżony nastrój aż do depresji, osłabienia, zmęczenia.

NLPZ są stosowane, jeśli zapalenie stawów nie jest pogarszane przez inne choroby, takie jak gruźlica. Jeśli którakolwiek z chorób zakaźnych jest obecna, należy dać pierwszeństwo ich leczeniu. Często reumatoidalne zapalenie stawów prowadzi do osteoporozy, czyli zmiany ilości wapnia w tkance kostnej. Ważne jest, aby skorygować nawyki żywieniowe pacjenta i zapewnić dietę bogatą w wapń oraz witaminy D i E. 70% pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów ulega niepełnosprawności z powodu niemożności korzystania z kończyn do ich celów funkcjonalnych. Reumatoidalne zapalenie stawów ma przewlekły, nawracający przebieg i może postępować bez interwencji medycznej. Tylko terminowe zwrócenie się o pomoc medyczną pomoże zatrzymać postęp choroby.

Niesteroidowe leki przeciwzapalne

Ta grupa leków obejmuje leki takie jak Meloxicam (Movalis), Nimesulide i Celecoxib (Celebrex). Wyróżniają się od innych minimalną liczbą skutków ubocznych o silnym wpływie na proces zapalny.
Zapalenie stawów zawsze wiąże się z bólem, a leki te działają przeciwbólowo, dzięki czemu w krótkim czasie pacjent może poczuć się lepiej. Obliczenie dawki, częstotliwości podawania i czasu trwania kursu dokonywane jest indywidualnie w każdym przypadku. Reumatoidalne zapalenie stawów jest z natury przewlekłym procesem zapalnym, który może wpływać na inne tkanki ciała, nie tylko na stawy. Badania zapalenia stawów wykazały, że osoby dotknięte chorobą mają zwiększone ryzyko rozwoju choroby sercowo-naczyniowej i miażdżycy. W celu zmniejszenia bolesnych objawów zapalenia stawów stosuje się niesteroidowe leki przeciwzapalne, a właściwe leczenie prowadzą dwie inne grupy leków:

• leki modyfikowane genetycznie (GIBP);
• podstawowe leki przeciwreumatyczne.

Oprócz tego przepisywane są glikokortykosteroidy, czyli wstrzyknięcia leków hormonalnych do poważnie dotkniętego stawu lub tabletki lub maści i kremy.
Miejscowe leki znieczulające mogą być również niesteroidowe: Ibuprofen, Piroxicam, Diklofenak, Ketoprofen.

Podstawowe leki przeciwreumatyczne

Im wcześniej pacjent zwróci się o pomoc, tym łatwiej jest zatrzymać postęp reumatoidalnego zapalenia stawów. Często leki z tej grupy są przepisywane do jednoczesnego podawania z kortykosteroidami. W niektórych przypadkach lek jest nieskuteczny, a przy braku pozytywnego efektu lek zastępuje się innym w ciągu półtora miesiąca. Co zawiera podstawowy zestaw antybiotyków na reumatyzm?

• metotreksat;
• enbrel (etanercept);
• wobenzym, flogenzym;
• azatiopryna;
• cyklosporyna A, sandimmun;
• środki aminochinolinowe;
• D-penicylamina;
• sulfachalazyna;
• leflunomid, arawa;
• inne leki przepisane przez lekarza.

Leki immunosupresyjne należy dobierać z uwzględnieniem innych leków wpływających na chorobę. Kluczem do spowolnienia postępującego reumatoidalnego zapalenia stawów jest odpowiedni dobór leków i ich dawkowania. Czas trwania kursu powinien uwzględniać prawdopodobieństwo nawrotu choroby.

Biologia do leczenia reumatoidalnego zapalenia stawów

Podczas badania podziału komórek nowotworów złośliwych zidentyfikowano substancje, które selektywnie blokują wzrost niektórych tkanek. Oprócz terapii przeciwnowotworowej, technika ta znalazła zastosowanie w leczeniu chorób autoimmunologicznych, takich jak reumatoidalne zapalenie stawów. Proces prowadzący do utraty elastyczności stawów zachodzi przy udziale cytokin, które niszczą błony komórek błony maziowej i płynu śródstawowego. Leczenie cytostatycznymi lekami immunosupresyjnymi opiera się na blokadzie cytokin, dzięki czemu możliwe jest zachowanie integralności wielu tkanek tworzących staw. Jakie leki z tej grupy leków stosuje się w leczeniu zapalenia stawów?

• gwiazdowy;
• orencia;
• mabthera;
• halofuginol.

I inne np. humira, simponi, remicade, simzia, endbrel. Wiele skutecznych leków nie jest dopuszczonych do dystrybucji w Federacji Rosyjskiej, ale są one dostępne dla pacjentów poddawanych leczeniu za granicą. W przypadku reumatoidalnego zapalenia stawów aktywnie stosuje się leczenie uzdrowiskowe z przejściem fizjoterapii.

• magnetoterapia;
• laseroterapia w ilości nie więcej niż piętnastu sesji;
• hemosorpcja;
• plazmafereza;
• promieniowanie ultrafioletowe dotkniętych stawów;
• elektroforeza dimetylosulfotlenku wapnia, niesteroidowych leków przeciwzapalnych i salicylanów;
• prądy impulsowe, fonoforeza hydrokortyzonu;
• krioterapia, przebieg do dwudziestu sesji;
• kąpiele lecznicze, radioaktywne, błotne, z wodą z siarkowodoru i innych źródeł mineralnych.

Fizjoterapia pełni pomocniczą, ale bardzo ważną rolę w kompleksowym leczeniu. Ponieważ ryzyko niepełnosprawności jest wysokie, pacjent musi odpowiadać za zalecenia lekarza prowadzącego. Często w przypadku reumatoidalnego zapalenia stawów zaleca się ćwiczenia fizyczne, aby wspomóc chory staw.

Preparaty ze złota

To leczenie było bardzo popularne, zanim wynaleziono potężne nowe leki, takie jak metotreksat. Sole złota i inne roztwory zawierające złoto nie są obecnie uważane za obróbkę podstawową. Jednak kliniki komercyjne nadal przepisują swoim pacjentom to drogie i nieskuteczne leczenie w porównaniu z lekami. Jest tylko jeden rodzaj zapalenia stawów, w przypadku którego warto zastosować terapię z włączeniem złota - to jest. Wszyscy kompetentni eksperci od dawna uznali, że używanie złota jest bezużyteczne. Aby osiągnąć efekt, konieczne jest przyjmowanie złotych preparatów przez bardzo długi czas, a długotrwałe stosowanie zwiększa ryzyko wystąpienia reakcji alergicznych. Na tle przyjmowania złotych preparatów rozwija się złote odmiedniczkowe zapalenie nerek, egzema i martwica.

Współczesny przemysł farmakologiczny stworzył wiele znacznie bezpieczniejszych i skuteczniejszych środków do walki z reumatoidalnym zapaleniem stawów niż preparaty ze złota.

Do cytowania: Badokin V.V. Główne modyfikujące objawy leki o opóźnionym działaniu w leczeniu choroby zwyrodnieniowej stawów // RMJ. 2011. nr 12. S. 725

Choroba zwyrodnieniowa stawów (OA) jest główną postacią nozologiczną chorób zwyrodnieniowych stawów. Występuje u ponad 70% pacjentów w wieku 65 lat, a objawy radiologiczne tej choroby są jeszcze częściej wykrywane. OA obejmuje przede wszystkim stawy nośne (kolano-biodrowe) na orbitę swojego procesu patologicznego, co znacznie pogarsza jakość życia pacjentów, prowadzi do niepełnosprawności, zwłaszcza u osób starszych. Stanowi poważny problem społeczno-ekonomiczny, będąc jedną z głównych przyczyn trwałej niepełnosprawności. Według EULAR (2003) ryzyko niepełnosprawności z powodu choroby zwyrodnieniowej stawu kolanowego jest równe ryzyku związanemu z chorobami serca i jest czwartą najczęstszą przyczyną niepełnosprawności u kobiet i ósmą u mężczyzn. Trudno przewidzieć odległe rokowanie OA u poszczególnych pacjentów, w tym przebieg poszczególnych objawów klinicznych, progresję zmian radiologicznych (strukturalnych) oraz pogorszenie jakości życia.

OA jest uważana za chorobę wieloczynnikową, w której rozwoju biorą udział różne czynniki (mechaniczne, hormonalne, genetyczne). Wkład tych czynników w rozwój, indywidualne objawy i wyniki tej choroby u poszczególnych pacjentów jest niezwykle zmienny. Powszechnie wiadomo, że z gonartrozą, koksartrozą i artrozą małych stawów rąk związane są różne czynniki ryzyka. Umożliwiło to niektórym autorom uznanie OA za niejednorodną grupę chorób stawów o różnej etiologii, ale z podobnymi objawami biologicznymi, morfologicznymi i klinicznymi oraz ogólnymi wynikami. Choroba zwyrodnieniowa stawów opiera się na zachwianiu równowagi między procesami anabolicznymi i katabolicznymi w tkankach stawu, a przede wszystkim w chrząstce szklistej – głównej i pierwotnej odskoczni dla zmian patologicznych. Choroba charakteryzuje się przewlekłym, wolno postępującym przebiegiem i prowadzi do zmniejszenia objętości chrząstki szklistej, aż do jej całkowitej utraty.
Patogeneza pierwotnej choroby zwyrodnieniowej stawów została w dużej mierze rozszyfrowana (w szczególności molekularne mechanizmy jej rozwoju). Decydujące znaczenie ma chroniczne przeciążenie stawów, w tym ich mikro- i makrotraumatyzacja. Prowadzi to do zakłócenia aktywności chondroblastów i chondrocytów, a następnie do niewystarczającej syntezy proteoglikanów przez chondrocyty, a także do ilościowego i jakościowego zakłócenia w tworzeniu glikozaminoglikanów i agregatów proteoglikanów. Z drugiej strony dochodzi do zmian w kości podchrzęstnej, rozwija się jej stwardnienie, co dodatkowo zwiększa obciążenie zajętego stawu. Ważna jest aktywacja proteinaz macierzy (kolagenaza, fosfolipaza A2), nadekspresja cytokin prozapalnych (interleukiny-1 i czynnika martwicy nowotworu-α), niedobór cytokin przeciwzapalnych, na przykład transformującego czynnika wzrostu-ta-β i inhibitor plazminogenu-1, który hamuje procesy anaboliczne w zajętej chrząstce. Pewną rolę w kaskadzie patogenetycznej choroby zwyrodnieniowej stawów odgrywają rodniki ponadtlenkowe, zmniejszenie syntezy kwasu hialuronowego przez synowiocyty, a także nadprodukcja prostaglandyny E2, która wraz z innymi czynnikami przyczynia się do powstawania stanów zapalnych w tkankach stawu, stymuluje aktywność osteoblastów i indukuje zwyrodnienie chrząstki włóknistej.
Zmiany patologiczne w chorobie zwyrodnieniowej stawów (OA) odzwierciedlają zarówno uszkodzenie tkanek stawu, jak i odpowiedź na to uszkodzenie. Chociaż najbardziej wyraźne zmiany zachodzą w chrząstce stawowej, w proces patologiczny zaangażowane są wszystkie tkanki stawowe i tkanki miękkie okołostawowe. Oprócz zwyrodnienia i zmniejszenia objętości chrząstki szklistej obserwuje się stany zapalne błony maziowej, przebudowę kości ze stwardnieniem podchrzęstnym, powstawanie osteofitów i torbieli podchrzęstnych, zwłóknienie torebki stawowej, zwyrodnienie łąkotki i mięśni okołostawowych zanik. Ponadto w proces patologiczny zaangażowane są więzadła, entezy, nerwy czuciowe.
Zainteresowanie wszystkimi strukturami tworzącymi staw, które można uznać za niezależny narząd, prowadzi do różnych mechanizmów powstawania bólu - jednego z głównych objawów tej choroby. Tak więc porażka kości podchrzęstnej przyczynia się do rozwoju bólu poprzez występowanie nadciśnienia śródkostnego i mikrozłamań, utworzone osteofity prowadzą do urazu nerwów czuciowych, a porażce mięśni okołostawowych towarzyszy ich skurcz. Jednak stan zapalny ma ogromne znaczenie w powstawaniu bólu, co ma ogromne znaczenie w rozwoju i progresji choroby zwyrodnieniowej stawów.
Proces zapalny jest zlokalizowany nie tylko w błonie maziowej, ale także w tkankach miękkich chrząstki, kości i okołostawowych, w tym torebce stawowej, więzadłach i ścięgnach, czemu towarzyszy rozwój odpowiednio zapalenia błony maziowej, zapalenia chrząstki, zapalenia kości i zapalenia okołostawowego. Wieloaspektowy charakter zmiany w OA stał się bardziej widoczny wraz z wprowadzeniem do praktyki klinicznej nowych technologii, w szczególności obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI). MRI pomaga określić fenotyp choroby zwyrodnieniowej stawów, wyjaśnić związek między bólem a zmianami strukturalnymi w tej chorobie, zwizualizować temat zmiany i zidentyfikować cele terapii. Ta metoda pozwala zidentyfikować zmiany morfologiczne w różnych tkankach stawu w obecności minimalnych zmian radiologicznych lub nawet przy ich braku. Chociaż niewiele wiadomo na temat klinicznego znaczenia objawów MRI, jasne jest, że zmiany w szpiku kostnym są związane z wysokim wskaźnikiem radiograficznej progresji choroby zwyrodnieniowej stawów, a ból koreluje z zapaleniem błony maziowej i obrzękiem szpiku kostnego (prawdopodobnie nadciśnieniem śródkostnym).
Leczenie tej choroby jest złożone i obejmuje metody niefarmakologiczne, farmakologiczne i kliniczne. Metody farmakoterapii obejmują nieopioidowe i opioidowe leki przeciwbólowe (paracetamol, tramadol), ogólnoustrojowe niesteroidowe leki przeciwzapalne (NLPZ), terapię miejscową (kapsaicyna, NLPZ, dimeksyd), tzw. działanie), iniekcje dostawowe (glukokortykoidy, leki kwas hialuronowy), terapia eksperymentalna (modulatory odpowiedzi biologicznej, leki wpływające na metabolizm kostny).
Spośród leków o opóźnionym działaniu modyfikującym objawy, największe znaczenie mają naturalne składniki chrzęstnej substancji międzykomórkowej - glukozamina i siarczan chondroityny, które są najlepiej przebadane wśród leków z tej grupy i bardziej oparte na dowodach. Zaliczane są do swoistych leków przeciwartrotycznych, które charakteryzują się wolniejszym rozwojem efektu modyfikującego objawy, wyraźnym następstwem, gdy po odstawieniu leczenia efekt utrzymuje się przez 4-8 lub więcej tygodni, a co najważniejsze mają potencjał strukturalno- modyfikujące (chondroprotekcyjne) właściwości. Dlatego siarczan glukozaminy i chondroityny nie tylko aktywnie wpływają na główne objawy kliniczne tej choroby (tj. tłumią ból i normalizują funkcję dotkniętych chorobą stawów), ale także spowalniają postęp choroby zwyrodnieniowej stawów, normalizują lub stabilizują zmiany strukturalne w chrząstce szklistej i zapobiec zmianom w zdrowym stawie (Tabela 1).
Najsolidniejszą bazę dowodową ma glukozamina. Jest monosacharydem i naturalnym składnikiem glikozaminoglikanów w macierzy stawowej i mazi stawowej. Glukozamina wywiera specyficzny wpływ na chrząstkę zwyrodnieniową stawów i stymuluje syntezę całej macierzy pozakomórkowej przez chondrocyty, a przede wszystkim jej najważniejszego składnika, proteoglikanów i kwasu hialuronowego (tab. 2). Znacząco zmniejsza aktywność enzymów katabolicznych w chrząstce, w tym metaloproteinaz macierzy.
Glukozamina jest syntetyzowana z chityny pochodzenia morskiego i zawiera kilka soli. W praktyce medycznej stosuje się dwie jego sole - siarczan i chlorowodorek. Siarczan glukozaminy jest czystą substancją o masie cząsteczkowej 456,46 i jest siarczanowaną pochodną naturalnego amino monosacharydu glukozaminy. Jest normalnym składnikiem glikozaminoglikanów i proteoglikanów, a także substratem do syntezy łańcuchów glikozaminoglikanów, agrekanu i innych składników chrząstki. Po podaniu doustnym lub pozajelitowym gromadzi się w chrząstce stawowej. Charakteryzuje się szybkim wchłanianiem z przewodu pokarmowego. Całkowita biodostępność po pierwszym przejściu przez wątrobę wynosi 26%. Przy podawaniu domięśniowym stężenie siarczanu glukozaminy jest zwykle 5 razy wyższe niż przy podawaniu doustnym.
W systematycznym przeglądzie Cochrane, w którym analizowano najważniejsze badania dotyczące skuteczności i tolerancji glukozaminy, jej działanie objawowe zostało wysoko ocenione. Skuteczność glukozaminy jest znacząco wyższa niż placebo pod względem zmniejszenia nasilenia bólu stawów, poprawy wskaźnika Lequesne'a, a także odsetka pacjentów, którzy zareagowali na terapię. Jednocześnie nie uzyskano istotnych wyników porównując skuteczność glukozaminy i placebo w zakresie takich parametrów jak zmniejszenie bólu w skali WOMAC, sztywność oraz poprawa funkcji zajętych stawów kolanowych.
Mówiąc o glukozaminie, nie sposób uniknąć dwóch solidnych badań, w których zarejestrowano działanie modyfikujące strukturę tego leku. W pierwszym z tych badań 212 pacjentów zostało losowo przydzielonych do 2 grup, które regularnie otrzymywały siarczan glukozaminy lub placebo przez 3 lata. Szerokość szpary stawowej wzrosła pod koniec badania o 0,12 mm w grupie głównej przyjmującej siarczan glukozaminy, a w grupie placebo zmniejszyła się o 0,24 mm. Dane te wskazują nie tylko na skuteczność modyfikującą objawy, ale także strukturalno-modyfikowaną tego leku, tj. jego zdolność do aktywnego wpływania na tempo progresji choroby zwyrodnieniowej stawów. Jednak nie wszystkim pacjentom długotrwale leczonym glukozaminą udało się osiągnąć zmniejszenie tempa progresji radiograficznej. Tak więc po trzech latach ciągłego stosowania tego leku u 15% pacjentów zaobserwowano szybką progresję choroby, a zwężenie szpary stawowej przekraczało 0,5 mm. Czynniki ryzyka tak agresywnego przebiegu OA nie zostały jeszcze zidentyfikowane. Należy również zauważyć, że aktywność terapeutyczna glukozaminy jest wykazywana tylko u pacjentów z gonartrozą, ale nie z chorobą zwyrodnieniową stawów.
Później o modyfikującym strukturę działaniu glukozaminy donosili Pavelka i in. . Pośrednio dane te potwierdzają wyniki długoterminowej (8-letniej średniej) obserwacji pacjentów leczonych glukozaminą w pierwszych 3 latach obserwacji. W ciągu następnych 5 lat endoprotezoplastykę stawu kolanowego przeszło 10,2% pacjentów w grupie głównej i 14,5% w grupie kontrolnej.
Siarczan glukozaminy ma dobry profil tolerancji i wysokie bezpieczeństwo. We wszystkich protokołach badań i metaanalizach nie było statystycznie ani klinicznie istotnych różnic w liczbie i nasileniu zdarzeń niepożądanych w porównaniu z placebo. Jednocześnie badania porównawcze wykazały występowanie zdarzeń niepożądanych podczas przyjmowania NLPZ niż glukozaminy. Metaanaliza randomizowanych badań kontrolowanych wykazała, że ​​najczęstsze żołądkowo-jelitowe działania niepożądane, które z reguły są łagodne. W pojedynczych przypadkach doszło do przerwania leczenia z powodu nietolerancji leku. Zdarzenia sercowo-naczyniowe obserwowano u pacjentów w podeszłym wieku, ale również nie występowały częściej niż u osób otrzymujących placebo. Siarczan glukozaminy nie zwiększał insulinooporności.
Inny strukturalny analog chrząstki, siarczan chondroityny, również należy do leków objawowych o opóźnionym działaniu. Jest to siarczanowany mukopolisacharyd i wchodzi w skład kompleksów proteoglikanów syntetyzowanych przez chondrocyty. Dla pełnego funkcjonowania tkanki chrzęstnej muszą być spełnione 2 warunki: 1) wystarczająca liczba chondrocytów oraz 2) muszą być aktywne metabolicznie i syntetyzować wystarczającą ilość macierzy zewnątrzkomórkowej. W skład matrycy wchodzi siarczan chondroityny. Ze względu na obecność grup karboksylowych i siarczanowych glikozaminoglikany, a zwłaszcza siarczan chondroityny, mają wyraźną hydrofobowość, a to z kolei przyczynia się do prawidłowego funkcjonowania chrząstki i zachowania jej właściwości elastycznych. Po podaniu doustnym oznacza się go w wysokich stężeniach w płynie maziowym. Jej aktywność biologiczna jest pod wieloma względami zbliżona do glikozaminy.
Poziom dowodów dla siarczanu chondroityny w celu modyfikacji objawów w OA jest tak wysoki, jak dla siarczanu glukozaminy (IA), co odzwierciedlają wytyczne EULAR z 2003 roku. Leed B.F. i in. przeprowadzili metaanalizę 7 kontrolowanych badań klinicznych, w których wzięło udział 703 pacjentów z uszkodzeniami dużych stawów (kolana i biodra), podczas gdy 372 pacjentów było leczonych siarczanem chondroityny, a 331 otrzymywało placebo. Czas trwania terapii wynosił od 3 do 12 miesięcy, a dawka leku wahała się od 800 do 2000 mg/dobę. Skuteczność siarczanu chondroityny była istotnie wyższa w porównaniu z placebo pod względem takich wskaźników jak ból według VAS, wskaźnik Lequesne'a oraz ogólna ocena wyników pacjentów. W tym przeglądzie przeanalizowano również tolerancję leku, która była dobra i porównywalna z placebo. Działania niepożądane obejmowały ból brzucha (u 18 z 349 pacjentów), biegunkę (u 7), zaparcia (u 2), objawy skórne (u 4), obrzęk powiek (u 1), obrzęk kończyn dolnych (u 1 osoby), łysienie (w 1) i extrasystole (w 1).
Uebelhart D. i in. ocenili skuteczność i tolerancję dwóch kursów doustnej terapii siarczanem chondroityny trwającej 3 miesiące przez 1 rok w randomizowanym, podwójnie zaślepionym, wieloośrodkowym, kontrolowanym placebo badaniu z udziałem 120 pacjentów z objawową chorobą zwyrodnieniową stawu kolanowego. Skuteczność pierwotną rozpatrywano, oceniając wskaźnik algofunkcjonalności Lequesne'a, a wtórną – dynamikę VAS, szybkość pokonywania określonej odległości, ogólną ocenę skuteczności terapii oraz potrzebę stosowania paracetamolu. Oceniono szerokość szpary stawowej w przyśrodkowej części stawu piszczelowo-udowego. Analiza intent-to-treat objęła 110 ze 120 pacjentów. Pod koniec obserwacji wskaźnik algofunkcjonalny zmniejszył się o 36% w grupie głównej io 23% w grupie kontrolnej. Dalsza analiza wykazała, że ​​siarczan chondroityny ma nie tylko istotny wpływ modyfikujący objawy, ale także modyfikujący strukturę. Pod koniec roku nastąpił dalszy spadek przestrzeni stawowej u pacjentów przyjmujących placebo, czego nie odnotowano podczas terapii chondroityną.
Działanie chondroprotekcyjne siarczanu chondroityny wyraża się również w tzw. ciągła poprawa objawów choroby zwyrodnieniowej stawów po zaprzestaniu leczenia tym lekiem. Autor podkreśla, że ​​działanie modyfikujące strukturę tego leku zostało udowodnione zarówno w badaniach eksperymentalnych, jak i klinicznych, a pozytywną właściwością chondroityny jest jej niska toksyczność nawet przy długotrwałym stosowaniu.
Preparaty łączone o działaniu chondroprotekcyjnym obejmują artra, kondronova i Teraflex. Teraflex (Bayer, Niemcy) zawiera 500 mg chlorowodorku glukozaminy i 400 mg siarczanu chondroityny sodu. Przepisuje się 2 kapsułki 2 razy dziennie przez pierwsze 3-4 tygodnie, a następnie 2 kapsułki dziennie. Czas trwania przyjęcia z reguły wynosi 6 miesięcy.
Aktywność terapeutyczna Teraflexu została udowodniona w kilku badaniach klinicznych. W otwartym badaniu przeprowadzonym w Instytucie Reumatologii Rosyjskiej Akademii Nauk Medycznych L.I. Benevolenskaya i wsp. badali skuteczność, tolerancję i bezpieczeństwo Teraflexu u 50 pacjentów z rzeżączką i koksartrozą. Wszyscy pacjenci mieli klinicznie wyraźne zapalenie kości i stawów z bólem, poranną sztywnością i czynnościową niewydolnością układu mięśniowo-szkieletowego, a także koniecznością przyjmowania NLPZ. Obserwacja trwała 6 miesięcy, aw ciągu pierwszych 4 miesięcy pacjenci przyjmowali 2 kapsułki Tera-flex razem z 1200 mg ibuprofenu. Po uzyskaniu pozytywnego efektu możliwe było zmniejszenie dziennego zapotrzebowania na ibuprofen aż do jego całkowitego zniesienia. Pod koniec 4 miesięcy ciągłej terapii Teraflex doprowadził do istotnego obniżenia całkowitego wskaźnika WOMAC, przy jednoczesnej istotnej dodatniej dynamice intensywności bólu stawów, porannej sztywności i funkcjonalnej niewydolności dotkniętych stawów. U 26 z 50 pacjentów dzienne zapotrzebowanie na ibuprofen zostało zmniejszone. Według pacjentów poprawa do końca drugiego miesiąca. terapię zaobserwowano w 77,8% przypadków, a do końca czwartego – w 74,4%, a według lekarza – odpowiednio w 88,6 i 83,7%. Co ciekawe, w ciągu następnych 2 miesięcy po zaprzestaniu leczenia skuteczność terapeutyczna Teraflex nadal była utrzymywana. W tym badaniu lek był dobrze tolerowany. Zdarzenia niepożądane zaobserwowano tylko u 6 pacjentów i były głównie związane z ibuprofenem. Teraflex w pojedynczych przypadkach powodował ból w nadbrzuszu i zatrzymanie stolca.
W innym 6-miesięcznym otwartym, randomizowanym, wieloośrodkowym badaniu oceniano również skuteczność preparatu Teraflex u pacjentów z klinicznie istotną chorobą zwyrodnieniową stawu kolanowego i deformacjami kręgosłupa. U wszystkich pacjentów ból podczas chodzenia w skali VAS wynosił powyżej 40 mm, a stadium radiologiczne odpowiadało stadiom I-III według Kellgrena i Lawrenca. Pacjenci z pierwszej (głównej) grupy przyjmowali Teraflex z diklofenakiem, a druga (kontrolna) - tylko diklofenak. Do końca 3 miesięcy w grupie głównej intensywność bólu stawów istotnie zmniejszyła się i utrzymywała się na tym poziomie do końca 6 miesięcy. leczenie. W drugiej grupie również zaobserwowano pozytywną tendencję tego wskaźnika, choć w mniejszym stopniu w porównaniu z grupą główną. Podobną tendencję odnotowano we wskaźniku funkcjonalnym WOMAC. Do końca 6 miesięcy leczenie w pierwszej grupie, zdaniem lekarza, znaczną poprawę odnotowano u 23,3% pacjentów i 60%, aw grupie kontrolnej odpowiednio u 16,7 i 40%. Jednocześnie nieskuteczność terapii zarejestrowano u 23% pacjentów przyjmujących diklofenak i tylko 3,3% w grupie pacjentów, którzy wraz z diklofenakiem przyjmowali Teraflex. Podobnie jak w poprzednim badaniu Teraflex był dobrze tolerowany. Łącznie w grupie głównej wykryto 5 zdarzeń niepożądanych, aw grupie kontrolnej 8. Podczas przyjmowania leku Teraflex obserwowano zgagę, ból w nadbrzuszu oraz wzdęcia, które były łagodne i nie wymagały przerwania leczenia tym lekiem. W jednym przypadku zaobserwowano reakcję alergiczną, której towarzyszyła wysypka skórna.
Dużym zainteresowaniem cieszy się wieloośrodkowe, podwójnie zaślepione, badanie Glucosamin/|chondroitin Arthritis Intervention Trial (GAIT), przeprowadzone w Stanach Zjednoczonych pod auspicjami National Institutes of Health. Badanie to obejmowało 1583 pacjentów z objawową chorobą zwyrodnieniową stawu kolanowego. Wszyscy pacjenci zostali podzieleni na 5 grup. W oddzielnych grupach pacjenci otrzymywali albo 1500 mg chlorowodorku glukozaminy, albo 1200 mg siarczanu chondroityny, albo kombinację glukozaminy i chondroityny, albo 200 mg celekoksybu lub placebo. Czas trwania terapii wynosił 24 tygodnie. Pierwszorzędowym punktem było zmniejszenie intensywności bólu w skali WOMAC w stawach kolanowych o 20% lub więcej do 24. tygodnia. Pomimo kontrowersyjnego projektu tego badania i dużego odsetka pacjentów, którzy doświadczyli znacznego zmniejszenia nasilenia bólu w grupie placebo, uzyskano interesujące dane. Pacjenci z początkowo silnym lub silnym bólem w stawach kolanowych byli najczęściej w grupie leczonej skojarzoną glukozaminą i chondroityną i statystycznie istotnie więksi w porównaniu z grupą placebo (odpowiednio 79 i 54,3%, p = 0,002). Zdarzenia niepożądane były rzadkie, umiarkowanie ciężkie i występowały mniej więcej równie często w oddzielnych grupach.
Celowość terapii skojarzonej i jej działanie modyfikujące strukturę potwierdzają dane eksperymentalne dotyczące badania skuteczności jednoczesnego stosowania siarczanu chondroityny i chlorowodorku glukozaminy. Terapia skojarzona na modelu OA u królików przyczyniła się do zwiększenia produkcji glikozaminoglikanów przez chondrocyty o 96,6%, a na tle monoterapii analogami strukturalnymi chrząstki tylko o 32%. W przypadku terapii skojarzonej uszkodzenie chrząstki było również mniej nasilone w porównaniu z zastosowaniem glikozaminy lub chondroityny. Należy pamiętać, że analogi strukturalne chrząstki mają nie tylko wspólne, ale i charakterystyczne mechanizmy ich wpływu na ból i stan zapalny. Jednocześnie działają synergistycznie, a stosowane razem uzupełniają i wzmacniają wzajemnie swoje działanie.
Tak więc Teraflex ma wyraźne działanie modyfikujące objawy u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów, co objawia się zmniejszeniem intensywności bólu i poprawą funkcji dotkniętych chorobą stawów. Zmniejsza również dzienne zapotrzebowanie na NLPZ. Jeśli chodzi o dowody jego właściwości modyfikujących strukturę, wymaga to długotrwałego leczenia tym lekiem (przez kilka miesięcy lub nawet lat) z dokładną analizą szerokości szpary stawowej według badań RTG i MRI, a także określenie objętości chrząstki stawowej przed i po przeprowadzeniu takiej terapii.
Obecnie kwestia bezpośredniego działania chondroprotekcyjnego analogów strukturalnych chrząstki jest rozwiązywana niejednoznacznie. Coraz więcej badaczy podziela pogląd, że tzw. leki chondroprotekcyjne nie tylko stymulują syntezę macierzy chrzęstnej, czyli m.in. proteoglikany, glikozaminoglikany i kwas hialuronowy przez chondrocyty, jak bardzo mają działanie przeciwzapalne, co jest realizowane przy ich długotrwałym podawaniu. Pozytywne rozwiązanie tego problemu wynika w dużej mierze z braku metod o dużej wartości informacyjnej, które pozwalają właściwie ocenić bezpieczeństwo tkanki chrzęstnej i spełnić wymagania dotyczące kryteriów progresji choroby zwyrodnieniowej stawów. W związku z tym wydaje się istotne rozróżnienie między kryteriami klinicznymi choroby zwyrodnieniowej stawów a czynnikami niezwiązanymi z tą chorobą w celu zidentyfikowania cech progresji choroby stawu biodrowego, odmiennych od choroby zwyrodnieniowej stawu kolanowego. Nie mniej istotne jest prowadzenie dalszych dogłębnych badań w tej chorobie w celu wyjaśnienia związku między danymi klinicznymi, radiologicznymi, artrosonograficznymi i MRI.

Literatura
1. Volpi N. Siarczan chondroityny do leczenia choroby zwyrodnieniowej stawów. Curr Med Chem - Środki przeciwzapalne i przeciwalergiczne, 2005; 4:221-234.
2. Jordan KM, Arden NK, Doherty M i in. Rekomendacje EULAR 2003: podejście do leczenia choroby zwyrodnieniowej stawu kolanowego oparte na dowodach: Raport Grupy Zadaniowej Stałego Komitetu ds. Międzynarodowych Badań Klinicznych z uwzględnieniem badań terapeutycznych (ESCISIT). Ann Rheum Dis 2003; 62:1145-1155.
3. Brandta KD. Diagnostyka i niechirurgiczne postępowanie w chorobie zwyrodnieniowej stawów. Komunikacja zawodowa, 2000.
4. Badokin V.V. Znaczenie stanu zapalnego w rozwoju i przebiegu choroby zwyrodnieniowej stawów. Consilium medicus 2009; 11(9): 91-95.
5. Wesseling J, Dekker J, van den Berg WB i in. CHECK (kohortowe biodro i kohortowe kolano): podobieństwa i różnice z chorobami zwyrodnieniowymi stawów. Ann Rheum Dis 2009; 68:1413-19.
6. Krigshtein OS, Golubev G.Sh. Ocena dowodów na skuteczność leków uznawanych za „modyfikatory struktury”, 20040-2007 Kliniczny farmakologia i farmakoekonomika 2008; 1:55-88.
7. Alekseeva L.I. Objawowe leki o opóźnionym działaniu w leczeniu OA. Consilium medicus 2009; 11(9):100-104.
8. Herrero-Beaumont G, Rovati LC. Stosowanie krystalicznego siarczanu glukozaminy w chorobie zwyrodnieniowej stawów. Przyszły Reumatol 2006; 1(4): 397-414.
9. Towheed TE, Maxwell L, Anastassiades TP i in. Terapia glukozaminą w leczeniu choroby zwyrodnieniowej stawów. System baz danych Cochrane. Obrót silnika. 2005; CD002946.
10 Reginster JY, Deroisy R, Rovati LC i in. Długoterminowy wpływ siarczanu glukozaminy na progresję choroby zwyrodnieniowej stawów: randomizowane, kontrolowane placebo badanie kliniczne. Lancet 2001; 357:251-256.
11. Pavelka K, Gatterova J, Olejarova M i in. Stosowanie siarczanu glukozaminy i opóźnienie progresji choroby zwyrodnieniowej stawu kolanowego: 3-letnie, randomizowane, kontrolowane placebo badanie z podwójnie ślepą próbą. Arch Intern Med 2002; 162(18): 2113-2123.
12. Bruyere O, Pavelka K, Rovati LC i in. Całkowita wymiana stawu po leczeniu siarczanem glukozaminy w chorobie zwyrodnieniowej stawów: wyniki średniej 8-letniej obserwacji pacjentów z dwóch poprzednich 3-letnich, randomizowanych, kontrolowanych placebo badań klinicznych. Chrząstka zwyrodnieniowa stawów 2008; 16(2):254-260
13. Leeb BF, Schweitzer H, Montag K, Smoleń JS. Metaanaliza siarczanu chondroityny w leczeniu choroby zwyrodnieniowej stawów. J Rheumatol 2000; 27:205-211.
14. Uebelhart D, Malaise V, Marcolongo R i in. Przerywane leczenie choroby zwyrodnieniowej stawu kolanowego doustnym siarczanem chondriityny: roczne, randomizowane, podwójnie zaślepione, wieloośrodkowe badanie w porównaniu z placebo. Chrząstka zwyrodnieniowa stawów 2004; 12:269-276.
15. Benevolenskaya L.I., Alekseeva L.I., Zaitseva E.M. Skuteczność Teraflex u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów kolanowych i biodrowych. RMJ 2005; 8:525-527.
16. Povoroznyuk V.V. Glukozamina i chondroityna w leczeniu choroby zwyrodnieniowej stawów: dane literaturowe i wyniki badań własnych. RMJ 2006; 14(4): 290-294.
17. Lila A.M., Mazurov VI, Shidlovskaya O.V., Szostak M.S. Teraflex w kompleksowej terapii choroby zwyrodnieniowej stawów kolanowych i osteochondrozy kręgosłupa (wyniki badania klinicznego). RMJ 2007; 13(24): 1618-1622.
18. Сlegg DO, Reda DJ, Harris CL i in. Glukozamina, siarczan chondroityny i oba w połączeniu na bolesną chorobę zwyrodnieniową stawu kolanowego. N Engl J Med 2006; 354(8): 795-808.
19. Lippielo L., Woodword J., Karpman D. i in. Korzystne działanie preparatów modyfikujących strukturę chrząstki testowanych w modelu choroby zwyrodnieniowej stawów chondrocytów i królików. Artr. Reum., 1999, suppl. 42, 256.
20 Mastbergen SC, Jansen NWD, Bijlsma JWJ, et al. Zróżnicowany bezpośredni wpływ hamowania cyklooksygenazy-1/2 na obrót proteoglikanów ludzkiej chrząstki zwyrodnieniowej stawów: badanie in vitro. Arthritis Research & Therapy 2006, 8: R2doi: 10,1186/ar1846.

Leki przeciwreumatyczne modyfikujące przebieg choroby (DMARD) to grupa leków, które bezpośrednio wpływają na przebieg chorób reumatycznych, hamując lub spowalniając ich postęp.

Każdy lek z tej grupy działa na określone ogniwo w procesie zapalnym, zapobiegając dalszemu niszczeniu chrząstki, stawów i narządów wewnętrznych.

Komu przepisywane są leki przeciwreumatyczne modyfikujące przebieg choroby?

Reumatolodzy przepisują DMARD pacjentom z zapaleniem stawów, u których występuje ryzyko trwałego uszkodzenia stawów. Większość DMARDs była pierwotnie stosowana w leczeniu reumatoidalnego zapalenia stawów. Niektóre leki wykazują dobre wyniki u pacjentów z zesztywniającym zapaleniem stawów kręgosłupa (choroba Bechterewa), młodzieńczym reumatoidalnym zapaleniem stawów i toczniem. Niektóre DMARD, takie jak cyklofosfamid i mykofenolan mofetylu, są przepisywane pacjentom z toczniem i zapaleniem naczyń, które mogą powodować poważne uszkodzenia narządów wewnętrznych.

Co należy wiedzieć o lekach z tej grupy?

Na przykład leki przeciwreumatyczne modyfikujące przebieg choroby są często przepisywane razem z innymi lekami z tej grupy. Nazywa się to terapią skojarzoną. Chociaż DMARD są bardzo skuteczne w spowalnianiu lub nawet zatrzymywaniu stanu zapalnego, nie działają szybko. Pacjenci muszą je przyjmować przez kilka tygodni, a nawet miesięcy, zanim pojawią się pierwsze pozytywne wyniki. Dlatego zwykle reumatolodzy przepisują również i/lub glikokortykosteroidy w schemacie z podstawowymi lekami przeciwreumatycznymi. Gdy pojawi się pozytywny efekt, NLPZ lub można je anulować.

Zanim lekarz przepisze Ci lek (nie tylko LMPCh, ale każdy inny), zapyta Cię o Twój stan zdrowia: choroby zakaźne teraz i w ciągu ostatnich trzech miesięcy, poziom ciśnienia krwi, historię chorób wątroby i/lub nerek, przewlekle przyjmowane leki na inne choroby. Na podstawie otrzymanych informacji lekarz zdecyduje, na ile bezpieczne jest przyjmowanie leków przeciwreumatycznych modyfikujących przebieg choroby.

Wytyczne dotyczące przyjmowania leków przeciwreumatycznych modyfikujących przebieg choroby.

Aby zminimalizować ryzyko wystąpienia, skorzystaj z tych prostych wskazówek:

• Wszystkie tabletki najlepiej przyjmować w trakcie lub bezpośrednio po posiłku. Pij je co najmniej szklanką wody lub mleka. Nie zażywaj tabletek kawy ani napojów gazowanych, ponieważ tylko pogorszy to podrażnienie żołądka.
• Jeśli odczuwasz dyskomfort w żołądku podczas przyjmowania leków, spróbuj podzielić dawkę. Na przykład weź połowę rano i połowę wieczorem.
• Porozmawiaj z lekarzem, jeśli doświadczasz, a lekarz przepisze Ci specjalny lek (na przykład Cerucal).
• Jeśli odczuwasz ból w okolicy nadbrzusza i jesteś pewien, że za wszystko odpowiadają podstawowe leki przeciwreumatyczne, poproś reumatologa, aby przestawił Cię z tabletek na zastrzyki. W większości przypadków jest to dobre rozwiązanie.

Częste skutki uboczne leków przeciwreumatycznych modyfikujących przebieg choroby.

Wszystkie DMARD mają skutki uboczne. Niektóre są niespecyficzne i mogą wystąpić z dowolnym lekiem (np. nudności, wymioty, ból głowy), a niektóre są specyficzne dla niektórych leków:

• Ciemnienie skóry i paznokci – cyklofosfamid.
• Wzmacniający wzrost włosów - cyklosporyna.
• Ból gardła - leflunomid (Arava).
• Biegunka – mykofenolan mofetylu.
• Ból stawów - sulfasalazyna.

Zdecydowana większość DMARD jest spowodowana przez:

• Zwiększona wrażliwość na światło słoneczne, dlatego lepiej jest, aby pacjenci mniej przebywali na słońcu, zwłaszcza od 12 do 16 godzin, i używaj sprayów z filtrem przeciwsłonecznym.
• Cytopenia (spadek poziomu komórek krwi). Dlatego lekarz prowadzący będzie regularnie zalecił kliniczne badanie krwi w celu wykrycia zmian w odpowiednim czasie.

Pamiętaj, aby poinformować lekarza o planowanej ciąży przed rozpoczęciem przyjmowania DMARDs. Kobiety w ciąży przyjmujące podstawowe leki przeciwreumatyczne w większości przypadków są przeciwwskazane.

Jest to ogólnoustrojowa choroba tkanki łącznej obejmująca głównie stawy obwodowe, a także narządy wewnętrzne. Według statystyk reumatoidalne zapalenie stawów dotyka około 1% ludzi na całym świecie. Średni wiek zachorowania to czterdzieści do pięćdziesięciu lat. Częściej chorują kobiety niż mężczyźni.

Spis treści:

Powoduje

Natura reumatoidalnego zapalenia stawów jest bardzo złożona. Główną przyczyną patologii jest proces autoimmunologiczny, gdy układ odpornościowy postrzega własne komórki jako obce i atakuje je. Zakłada się, że taka nienormalna aktywność wynika z predyspozycji genetycznych.

Czynniki wywołujące chorobę obejmują:

• Czynniki zakaźne (wirusy, wirusy);
• hipotermia;
• Zaburzenia endokrynologiczne;
• Urazy i operacje;

Objawy reumatoidalnego zapalenia stawów

Reumatoidalne zapalenie stawów występuje z uszkodzeniem stawów, a także narządów wewnętrznych. Nasilenie obrazu klinicznego choroby zależy od stopnia aktywności procesu patologicznego:

• I - Niski stopień aktywności;
• Ja Ja - Umiarkowany;
• III - Wysoka;
• 0 - Remisja.

Choroba objawia się najpierw w postaci ogólnych, niespecyficznych objawów. Osoba zauważa, że ​​​​zaczął się szybko męczyć, czuje się słaby. Okresowo temperatura nieznacznie wzrasta, wydaje się, że bez wyraźnego powodu pojawia się pocenie. Pojawiają się bóle mięśni, bóle ciała. Często choroba rozwija się powoli, objawy kliniczne rozwijają się przez kilka miesięcy, a czasem lat. W tym czasie zaczynają pojawiać się oznaki uszkodzenia stawów. Znacznie rzadziej choroba rozwija się ostro lub podostro.

Wspólne objawy

Reumatoidalne zapalenie stawów ma kilka cech, które pozwalają na dokładne odróżnienie go od innych chorób. W większości przypadków choroba objawia się zapaleniem wielostawowym (dotyczącym więcej niż trzech stawów), rzadziej nielicznostawowym (dotykającym dwa stawy) lub zapaleniem jednostawowym (dotyczącym tylko jednego stawu).

W reumatoidalnym zapaleniu stawów stawy są dotknięte symetrycznie, to znaczy, jeśli dotknięty jest staw palca lewej ręki, wówczas zapalenie tego samego stawu obserwuje się również u prawej ręki. Najczęściej dotknięte stawy to:

• Śródręczno-paliczkowy (z wyjątkiem stawu kciuka);
• międzypaliczkowy proksymalny;
• śródstopno-paliczkowy;
• kolano;
• nadgarstek;
• Łokcie;
• Kostka.

Charakterystycznym objawem reumatoidalnego zapalenia stawów jest występowanie sztywności porannej. Ten objaw charakteryzuje się tym, że po przebudzeniu osoba zauważa trudności w poruszaniu się i zwiększony ból stawów. Objaw ten rozwija się, ponieważ w nocy w jamie zajętego stawu gromadzi się wysięk zapalny, który ogranicza funkcję stawu. Ten stan trwa dłużej niż pół godziny. Stopniowo sztywność znika, a osoba zaczyna czuć się bardziej komfortowo, przywrócona jest ruchomość w stawie. Ogólnie rzecz biorąc, reumatoidalne zapalenie stawów charakteryzuje się ciągłym bólem stawów.

Reumatoidalne zapalenie stawów przebiega w trzech etapach. Na Pierwszy etap rozwija się obrzęk worka maziowego stawu i wytwarzanie wysięku zapalnego, który objawia się na zewnątrz obrzękiem stawu, miejscowym wzrostem temperatury skóry i bólem. Na drugi etap komórki tkanki łącznej aktywnie dzielą się, dlatego błona maziowa jest zagęszczona. Na trzeci etap komórki w stanie zapalnym wytwarzają specjalny enzym, który prowadzi do deformacji stawów, zwiększonego bólu i utraty funkcji motorycznych. W zależności od lokalizacji procesu patologicznego można zaobserwować takie rodzaje deformacji dłoni, jak palce wrzecionowate, szyja łabędzia, jak butonierka.

Objawy pozastawowe

Ponieważ reumatoidalne zapalenie stawów jest chorobą ogólnoustrojową, u wielu pacjentów dochodzi do uszkodzenia wielu narządów wewnętrznych. Często dotknięte narządy obejmują:

• Skóra;
• Serce;
• Płuca;
• nerki;
• narząd wzroku;
• System nerwowy.

20-50% pacjentów ma reumatoidalne guzki podskórne. Są to gęste podskórne, bezbolesne formacje o średnicy do dwóch centymetrów. Często guzki pojawiają się w łokciu, ścięgnie Achillesa, nad małymi stawami ręki.

Guzki reumatoidalne mogą również występować w narządach wewnętrznych, takich jak płuca. Często u pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów opłucna płuc jest dotknięta rozwojem zapalenia opłucnej i tkanki śródmiąższowej wraz z rozwojem tkanki śródmiąższowej. Uważa się, że śmiertelność z powodu patologii płuc wśród pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów jest dwukrotnie wyższa niż w populacji ogólnej.

Choroba naczyniowa objawia się zapaleniem naczyń, które leży u podstaw chorób wielu narządów. Na skórze zapalenie naczyń objawia się wysypką krwotoczną.

W przypadku reumatoidalnego zapalenia stawów można zaobserwować uszkodzenie dowolnej warstwy serca: wsierdzia, osierdzia, mięśnia sercowego. Najczęstsze jest zapalenie osierdzia – zapalenie worka osierdziowego, któremu czasami towarzyszy wysięk. Warto zauważyć, że u pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów już w młodości obserwuje się to.

Uszkodzenie nerek to poważne zagrożenie życia. Wraz z rozwojem zapalenia kłębuszków nerkowych, które w przyszłości może stać się przyczyną. U pacjentów z długotrwałą postacią reumatoidalnego zapalenia stawów może wystąpić amyloidoza nerek - odkładanie się w nich nieprawidłowego białka amyloidu.

Ponadto w przypadku tej choroby narząd wzroku może zostać zaatakowany w postaci suchego zapalenia rogówki i spojówki, układu nerwowego w postaci neuropatii, uszkodzenia mięśni w postaci osłabienia mięśni i bólu.

Diagnoza reumatoidalnego zapalenia stawów

Diagnoza reumatoidalnego zapalenia stawów jest bardzo obszerna. Do wykrycia choroby można zastosować niespecyficzne, specyficzne i pomocnicze metody badawcze.

Niespecyficzne metody diagnostyczne

Przede wszystkim prowadzone są tradycyjne ogólne badania kliniczne. W zależności od wzrostu liczby leukocytów przyspieszenie ESR.

Gdy możliwe jest wykrycie wzrostu poziomu fibrynogenu, kwasów sialowych, a także białka C-reaktywnego, haptoglobiny. Zmiany te są jednak niespecyficzne i można je zaobserwować w różnych chorobach.

Specyficzne metody diagnostyczne

Potwierdzenie rozpoznania reumatoidalnego zapalenia stawów pozwala na określenie swoistych markery procesu reumatoidalnego. W szczególności około 60% pacjentów znaleziono we krwi czynnik reumatoidalny. Są to autoprzeciwciała przeciwko własnym immunoglobulinom G. Wysokie miana czynnika korelują z nasileniem, szybkim postępem procesu patologicznego. Jeśli pacjent był w stanie wykryć czynnik reumatoidalny - lekarze mówią o seropozytywnym reumatoidalnym zapaleniu stawów, jeśli czynnik nie zostanie wykryty - o seronegatywnym.

Jedną z najczulszych metod, która pozwala na jej zastosowanie w diagnostyce choroby we wczesnym stadium choroby, jest oznaczanie przeciwciał antycytrulinowych (ACCP). Cytrulina to aminokwas wytwarzany podczas stanu zapalnego. Komórki zawierające cytrulinę są rozpoznawane przez układ odpornościowy jako obce, dlatego wytwarzane są przeciwko nim przeciwciała. W reumatoidalnym zapaleniu stawów test ACCP jest dodatni w około 80% przypadków.

Pomocnicze metody diagnostyczne

Pomocniczą metodą diagnostyczną jest badanie mazi stawowej. W cieczy można wykryć takie zmiany, jak spadek lepkości, wzrost leukocytów i neutrofili, zmiana koloru i przezroczystości. W zasadzie podobne zmiany obserwuje się w innych chorobach zapalnych stawów. Wykrycie czynnika reumatoidalnego w płynie maziowym niezawodnie potwierdza obecność reumatoidalnego zapalenia stawów.

Badanie rentgenowskie i artroskopia służą do badania dotkniętych stawów. Wczesne objawy rentgenowskie to okołostawowe, rozmyte kontury stawu, erozja na powierzchniach stawowych.

Leczenie reumatoidalnego zapalenia stawów

Zalecamy przeczytanie:

Pacjenci z reumatoidalnym zapaleniem stawów wymagają leczenia w szpitalu reumatologicznym. W terapii stosuje się następujące grupy leków:

1. Leki modyfikujące objawy;
2. modyfikujące przebieg choroby (są to podstawowe) leki przeciwreumatyczne;
3. Leki kontrolujące choroby.

Leki modyfikujące objawy

Celem tej grupy leków jest szybkie zmniejszenie miejscowych stanów zapalnych, bólu, aż do zadziałania podstawowych środków. Ta grupa leków obejmuje NLPZ i glikokortykoidy.

NLPZ mają działanie przeciwzapalne, przeciwgorączkowe i przeciwbólowe. Działanie przeciwzapalne realizowane jest dzięki hamowaniu enzymu cyklooksygenazy, który bierze udział w syntezie mediatorów stanu zapalnego. Istnieją dwie izoformy: COX1 i COX2. W związku z tym rozróżnia się NLPZ, które działają głównie na COX1 lub COX2. Pierwszy to Ibuprofen, Diklofenak, Indometacyna, drugi - Meloksykam, Celekoksyb. Oba mają działanie przeciwzapalne. Jednak blokery COX2 nie mają agresywnego wpływu na błonę śluzową przewodu pokarmowego, w przeciwieństwie do blokerów COX1.

Glikokortykosteroidy mają wyraźne działanie przeciwzapalne. Niskie dawki glikokortykosteroidów stosuje się jako „terapię pomostową” do czasu rozpoczęcia działania podstawowych leków przeciwreumatycznych. W niektórych przypadkach duże dawki glikokortykoidów są podawane przez kilka dni, co nazywa się „pulsoterapią”. Glikokortykosteroidy stosuje się również miejscowo – poprzez wstrzyknięcie do chorego stawu. Jednak w tym przypadku możliwe jest stłumienie tylko miejscowego zapalenia.

Podstawowe leki przeciwreumatyczne

Są to leki, które nie mają natychmiastowego działania, ale ze względu na ich zdolność do ingerowania w mechanizmy odpornościowe choroby mogą prowadzić do długotrwałej remisji.

Podstawowe leki to:

• D-penicylamina;
• Preparaty ze złota;
• związki salazo;
• Cytostatyki;
• Pochodne chinoliny.

Zasada terapii podstawowymi lekami: po pierwsze, wysokie dawki leku są przepisywane w celu zahamowania procesu zapalnego. W przyszłości dawka leku jest stopniowo zmniejszana i osiągana jest dawka terapeutyczna, którą należy stosować przez długi czas. Jeśli po czterech do sześciu miesiącach leczenia jednym lub drugim podstawowym lekiem nie można osiągnąć pozytywnego wyniku, konieczna jest zmiana leku.

Leki kontrolujące choroby

Działanie tych leków (zwanych również czynnikami biologicznymi) ma na celu zahamowanie syntezy „przeciwzapalnych” cytokin – TNF-a i IL-1. Są to nowoczesne, genetycznie modyfikowane leki, które umożliwiają wyleczenie pacjentów z opornością na inne leki.

Ta grupa obejmuje następujące leki:

Pomimo swojej niezaprzeczalnej skuteczności, leki zwalczające choroby mają również wady. Główną wadą jest wysoki koszt leków. Ponieważ konieczne jest długotrwałe leczenie tymi lekami, okazuje się, że nie każdy może sobie pozwolić na takie leczenie.

Terapia nielekowa

Terapia nielekowa odgrywa nie mniejszą rolę niż leczenie farmakologiczne. Tak więc pacjenci z reumatoidalnym zapaleniem stawów muszą przestrzegać diety, która jest szczegółowo opisana w artykule „”. Ci, którzy chcą wyzdrowieć, muszą rzucić palenie, ponieważ pogarsza to przebieg choroby.

Pacjentom pokazuje się umiarkowane (nie nadmierne!) ćwiczenia gimnastyczne, masaż. Korzystnie wpływa na przebieg leczenia sanatoryjnego i fizjoterapeutycznego (balneoterapia, borowina, laseroterapia, magnetoterapia, UHF, elektroforeza). Fizjoterapię przeprowadza się po ustąpieniu ostrego procesu zapalnego. Przy prawidłowym stosowaniu można poprawić ruchomość stawów i zmniejszyć ból.

Grigorova Valeria, komentator medyczny

Inżynieria genetyczna i leki

Produkcja mikrobiologiczna leków

Przed pojawieniem się technologii rekombinacji DNA wiele leków opartych na ludzkich białkach można było uzyskać jedynie w niewielkich ilościach, ich produkcja była bardzo kosztowna, a mechanizm działania biologicznego czasami słabo poznany. Dzięki nowej technologii uzyskuje się całą gamę takich leków w ilościach wystarczających zarówno do ich skutecznego testowania, jak i do zastosowania w klinice. Do tej pory sklonowano ponad 400 genów (głównie w postaci cDNA) różnych ludzkich białek, które mogą stać się lekami. Większość z tych genów jest już wyrażana w komórkach gospodarza, a ich produkty są obecnie wykorzystywane w leczeniu różnych chorób człowieka. Jak zwykle najpierw są testowane na zwierzętach, a następnie przeprowadzane są rygorystyczne badania kliniczne. Roczna wielkość światowego rynku leków opartych na białkach ludzkich wynosi około 150 miliardów dolarów i stale rośnie. Wielkość światowego rynku leków opartych na białkach rekombinowanych wzrasta o 12-14% rocznie iw 2000 roku wyniosła około 20 miliardów dolarów.

Z drugiej strony, zastosowanie swoistych przeciwciał jako środków terapeutycznych jest obiecujące. Służą do neutralizacji toksyn, zwalczania bakterii, wirusów i leczenia raka. Przeciwciało albo neutralizuje „intruza” – obcy czynnik, albo niszczy określoną komórkę docelową. Pomimo ich obiecującego potencjału, przeciwciała były do ​​tej pory rzadko stosowane do zapobiegania chorobom lub ich leczenia. Dopiero wraz z rozwojem technologii rekombinacji DNA i opracowaniem metod otrzymywania przeciwciał monoklonalnych oraz dekodowaniem struktury molekularnej i funkcji immunoglobulin ponownie pojawiło się komercyjne zainteresowanie zastosowaniem swoistych przeciwciał do leczenia różnych chorób.

Rozwój nowych metod zapobiegania i leczenia wielu chorób ludzkich wniósł ogromny wkład w wzrost dobrobytu ludzi w XX wieku. Jednak tego procesu nie można uznać za zakończony. Tak zwane „stare” choroby, takie jak malaria, gruźlica itp., mogą pojawić się ponownie, gdy tylko środki zapobiegawcze zostaną osłabione lub pojawią się szczepy oporne. Typowa sytuacja w tym zakresie jest na Ukrainie iw Rosji.

Pierwsze produkty GMO – antybiotyki

Antybiotyki to substancje o niskiej masie cząsteczkowej, które różnią się budową chemiczną. Wspólną cechą tych związków jest to, że będąc produktami żywotnej aktywności drobnoustrojów, specyficznie zakłócają wzrost innych drobnoustrojów w znikomych stężeniach.

Większość antybiotyków to metabolity wtórne. Podobnie jak toksyny i alkaloidy nie mogą być klasyfikowane jako substancje ściśle niezbędne do zapewnienia wzrostu i rozwoju mikroorganizmów. Na tej podstawie metabolity wtórne różnią się od pierwotnych, w obecności których następuje śmierć drobnoustroju.

Biosynteza antybiotyków, a także innych metabolitów wtórnych, zwykle zachodzi w komórkach, które przestały rosnąć (idiofaza). Ich biologiczna rola w zapewnianiu żywotnej aktywności komórek wytwórczych pozostaje do końca niezbadana. Eksperci badający perspektywy biotechnologii w dziedzinie mikrobiologicznej produkcji antybiotyków uważają, że w niesprzyjających warunkach hamują one wzrost konkurencyjnych mikroorganizmów, zapewniając tym samym korzystniejsze warunki dla przetrwania producenta drobnoustrojów takiego lub innego antybiotyku. Znaczenie procesu tworzenia antybiotyków w życiu komórki drobnoustroju potwierdza fakt, że u streptomycetes około 1% genomowego DNA przypada na udział genów kodujących enzymy biosyntezy antybiotyków, czego nie można wyrazić dla długi czas. Producenci znanych antybiotyków to głównie sześć rodzajów grzybów strzępkowych, trzy rodzaje promieniowców (prawie 4000 różnych antybiotyków) i dwa rodzaje prawdziwych bakterii (około 500 antybiotyków). Spośród grzybów strzępkowych na szczególną uwagę zasługują grzyby pleśniowe z rodzajów Cephalosporium i Penicillium, które są producentami tzw. antybiotyków beta-laktamowych - penicylin i cefalosporyn. Większość promieniowców syntetyzujących substancje antybiotyczne, w tym tetracykliny, należy do rodzaju Streptomyces.

Spośród znanych 5000-6000 naturalnych substancji antybiotycznych tylko około 1000 jest produkowanych do sprzedaży konsumentom.W czasie, gdy ustalono działanie przeciwbakteryjne penicyliny i możliwość jej zastosowania jako leku (H.W. Flory, E.B. Chain i in., 1941), wydajność laboratoryjnego szczepu pleśni - 2 mg preparatu na 1 litr płynu hodowlanego - była wyraźnie niewystarczająca do przemysłowego wytwarzania antybiotyku. Poprzez wielokrotne systematyczne wystawianie pierwotnego szczepu Penicillium chrisogenum na takie mutageny jak promieniowanie rentgenowskie i ultrafioletowe, iperyt azotowy, w połączeniu z spontanicznymi mutacjami i selekcją najlepszych producentów, udało się zwiększyć produktywność grzyba o 10 000 razy i doprowadzić stężenie penicyliny w płynnej hodowli do 2%.

Wciąż stosowany jest sposób na zwiększenie wydajności szczepów produkujących antybiotyki, oparty na losowych mutacjach, który stał się klasyczny, mimo ogromnych kosztów pracy. Sytuacja ta jest konsekwencją faktu, że antybiotyk, w przeciwieństwie do białka, nie jest produktem konkretnego genu; biosynteza antybiotyków zachodzi w wyniku wspólnego działania 10-30 różnych enzymów kodowanych przez odpowiednią liczbę różnych genów. Ponadto w przypadku wielu antybiotyków, których produkcja mikrobiologiczna została ustalona, ​​molekularne mechanizmy ich biosyntezy nie zostały jeszcze zbadane. Mechanizm poligeniczny leżący u podstaw biosyntezy antybiotyków jest przyczyną niepowodzenia zmian w poszczególnych genach. Automatyzacja rutynowych technik analizy produktywności mutantów umożliwia badanie dziesiątek tysięcy funkcjonujących szczepów, a tym samym przyspiesza procedurę selekcji przy użyciu klasycznej techniki genetycznej.

Nowa biotechnologia oparta na wykorzystaniu szczepów-superproducentów antybiotyków implikuje usprawnienie mechanizmów ochrony producenta przed syntetyzowanym przez niego antybiotykiem.

Wysoką produktywność wykazują szczepy odporne na wysokie stężenia antybiotyków w pożywce hodowlanej. Ta właściwość jest również brana pod uwagę podczas projektowania ogniw superproducenta. Od czasu odkrycia penicyliny pod koniec lat 20. XX wieku wyizolowano z różnych mikroorganizmów ponad 6000 antybiotyków o różnej specyficzności i mechanizmach działania. Ich szerokie zastosowanie w leczeniu chorób zakaźnych pomogło uratować miliony istnień ludzkich. Zdecydowana większość głównych antybiotyków została wyizolowana z bakterii glebowych Gram-dodatnich Streptomyces, chociaż wytwarzają je również grzyby i inne bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne. Każdego roku na całym świecie produkuje się 100 000 ton antybiotyków o wartości około S miliardów dolarów, z czego ponad 100 milionów dolarów to antybiotyki dodawane do pasz dla zwierząt hodowlanych jako dodatki lub stymulatory wzrostu.

Szacuje się, że każdego roku naukowcy odkrywają od 100 do 200 nowych antybiotyków, przede wszystkim w ramach szeroko zakrojonych programów badawczych, mających na celu znalezienie wśród tysięcy różnych mikroorganizmów tych, które zsyntetyzowałyby unikalne antybiotyki. Pozyskiwanie i badania kliniczne nowych leków są bardzo drogie, a do sprzedaży trafiają tylko te, które mają dużą wartość terapeutyczną i mają znaczenie ekonomiczne. Stanowią one 1-2% wszystkich wykrytych antybiotyków. Technologia rekombinacji DNA ma tutaj świetny efekt. Po pierwsze, można go wykorzystać do tworzenia nowych antybiotyków o unikalnej strukturze, które mają silniejszy wpływ na niektóre mikroorganizmy i mają minimalne skutki uboczne. Po drugie, podejścia inżynierii genetycznej mogą być stosowane do zwiększenia wydajności antybiotyków, a tym samym do obniżenia kosztów ich produkcji.

Można uznać, że biotechnologia kliniczna powstała wraz z początkiem przemysłowej produkcji penicyliny w latach 40. XX wieku. i jego zastosowanie w terapii. Najwyraźniej zastosowanie tej pierwszej naturalnej penicyliny przyczyniło się do zmniejszenia zachorowalności i śmiertelności bardziej niż jakikolwiek inny lek, ale z drugiej strony stworzyło szereg nowych problemów, które ponownie zostały rozwiązane za pomocą biotechnologii.

Po pierwsze, skuteczne stosowanie penicyliny spowodowało duże zapotrzebowanie na ten lek i aby mu sprostać, konieczne było radykalne zwiększenie wydajności penicyliny w jej produkcji. Po drugie, pierwsza penicylina – C (benzylopenicylina) – działała głównie na bakterie Gram-dodatnie (na przykład Streptococci i Staphylococci) i konieczne było uzyskanie antybiotyków o szerszym spektrum działania i/lub aktywności, wpływających i Gram-ujemnych bakterie takie jak E. coli i Pseudomonas. Po trzecie, skoro antybiotyki wywoływały reakcje alergiczne (najczęściej drobne, jak wysypka skórna, ale czasem cięższe, zagrażające życiu objawy anafilaksji), konieczne było posiadanie całego zestawu środków przeciwbakteryjnych, aby móc wybierać z równych skuteczne leki takie, które nie wywołałyby u pacjenta reakcji alergicznej. Po czwarte, penicylina jest niestabilna w kwaśnym środowisku żołądka i nie powinna być podawana doustnie. Wreszcie, wiele bakterii staje się odpornych na antybiotyki. Klasycznym tego przykładem jest tworzenie przez gronkowce enzymu penicylinazy (dokładniej beta-laktamazy), który hydrolizuje wiązanie amidowe w pierścieniu beta-laktamowym penicyliny, tworząc farmakologicznie nieaktywny kwas penicylinowy. Zwiększenie plonu penicyliny podczas jej produkcji było możliwe głównie dzięki konsekwentnemu stosowaniu serii mutantów pierwotnego szczepu Penicillium chrysogenum, a także poprzez zmianę warunków uprawy.

Proces biosyntezy jednego antybiotyku może składać się z kilkudziesięciu reakcji enzymatycznych, więc sklonowanie wszystkich genów do jego biosyntezy nie jest łatwym zadaniem. Jedno podejście do wyizolowania pełnego zestawu takich genów opiera się na transformacji jednego lub więcej zmutowanych szczepów, które nie są zdolne do syntezy danego antybiotyku, z bankiem klonów utworzonym z chromosomalnego DNA szczepu typu dzikiego. Po wprowadzeniu banku klonów do zmutowanych komórek przeprowadza się selekcję transformantów zdolnych do syntezy antybiotyku. Następnie izoluje się plazmidowy DNA klonu zawierającego funkcjonalnie eksprymowany gen antybiotyku (tj. gen, który przywraca funkcję utraconą przez zmutowany szczep) i stosuje się go jako sondę do przeszukiwania innego banku klonów chromosomalnego DNA szczepu typu dzikiego, z których klony zawierające sekwencje nukleotydowe nakładające się na sekwencję sondy. W ten sposób elementy DNA sąsiadujące z sekwencją komplementującą są identyfikowane, a następnie klonowane i odtwarzany jest cały klaster genów biosyntezy antybiotyków. Opisana procedura dotyczy przypadku, gdy te geny są zgrupowane w jednym miejscu chromosomalnego DNA. Jeśli geny biosyntetyczne są rozproszone w małych klastrach w różnych miejscach, to do uzyskania klonów DNA, które można wykorzystać do identyfikacji pozostałych genów klastrów, wymagany jest co najmniej jeden mutant na klaster.

Za pomocą eksperymentów genetycznych lub biochemicznych można zidentyfikować, a następnie wyizolować jeden lub więcej kluczowych enzymów biosyntetycznych, określić ich N-końcowe sekwencje aminokwasowe i na podstawie tych danych zsyntetyzować sondy oligonukleotydowe. Podejście to zastosowano do wyizolowania genu syntetazy izopenicyliny N z Penicillium chrysogenum. Enzym ten katalizuje kondensację oksydacyjną 5-(1_-a-aminoadypyloN-cysteinylo-P-waliny) do izopenicyliny N, kluczowego związku pośredniego w biosyntezie penicylin, cefalosporyny i cefamycyny.

Nowe antybiotyki o unikalnych właściwościach i specyficzności można uzyskać poprzez manipulacje inżynierii genetycznej z genami zaangażowanymi w biosyntezę już znanych antybiotyków. Jednym z pierwszych eksperymentów, w którym uzyskano nowy antybiotyk, było połączenie w jednym mikroorganizmie dwóch nieco odmiennych ścieżek biosyntezy antybiotyku.

Jeden z plazmidów Streptomyces, pJ2303, niosący 32,5 kb fragment chromosomalnego DNA S. coelicoior, zawiera wszystkie geny enzymów odpowiedzialnych za biosyntezę antybiotyku aktynorodyny, członka rodziny antybiotyków izochromanchinonowych, z octanu. Cały plazmid i różne subklony niosące części fragmentu 32,5 kb (np. pJ2315) wprowadzono do szczepu Streptomyces sp.T AM-7161, który syntetyzuje pokrewny antybiotyk medermycynę, albo do szczepu B1140 lub Tu22 S. antybiotyki pokrewne syntetyzujące wiolakoruber, granaticynę i dihydrogranatycynę.

Wszystkie te antybiotyki są wskaźnikami kwasowo-zasadowymi, które nadają rosnącej kulturze charakterystyczny kolor, który zależy od pH podłoża. Z kolei pH (i kolor) podłoża zależy od tego, jaki związek jest syntetyzowany. Mutanty szczepu rodzicielskiego S.coelicoior, niezdolne do syntezy aktinorodyny, są bezbarwne. Pojawienie się barwy po transformacji szczepu AM-7161 Streptomyces sp. lub szczepy B1J40 lub Tu22 S.violaceoruber z plazmidem niosącym wszystkie lub kilka genów kodujących enzymy biosyntezy aktynorodyny, wskazuje na syntezę nowego antybiotyku Transformanty szczepu AM-7161 Streptomyces sp. a szczep 6 1140 S.violaceoruber, zawierający plazmid pM2303, syntetyzuje antybiotyki kodowane zarówno przez plazmidowy, jak i chromosomalny DNA.

Jednakże, gdy szczep Tu22 S.violaceoruber jest transformowany plazmidem plJ2303, nowy antybiotyk, dihydrogranatyrodyna, jest syntetyzowany wraz z aktynorodyną, a gdy szczep AM-7161 Streptomyces sp. jest syntetyzowany. Inny nowy antybiotyk, mederrodyna A, jest syntetyzowany przez plazmid plJ2315.

Strukturalnie te nowe antybiotyki niewiele różnią się od aktynorodyny, medermycyny, granaticyny i hydrogranatycyny i prawdopodobnie powstaną, gdy produkt pośredni jednego szlaku biosyntezy służy jako substrat dla enzymu w innym szlaku. Po szczegółowym zbadaniu właściwości biochemicznych różnych ścieżek biosyntezy antybiotyków możliwe będzie stworzenie nowych, unikalnych, wysoce specyficznych antybiotyków poprzez manipulowanie genami kodującymi odpowiednie enzymy.

Opracowanie nowych metod otrzymywania nowoczesnych antybiotyków poliketydowych.

Termin „poliketyd” odnosi się do klasy antybiotyków, które są tworzone przez sekwencyjną kondensację enzymatyczną kwasów karboksylowych, takich jak octan, propionian i maślan. Niektóre antybiotyki poliketydowe są syntetyzowane przez rośliny i grzyby, ale większość z nich jest wytwarzana przez promieniowce jako metabolity wtórne. Przed manipulacją genami kodującymi enzymy biosyntezy antybiotyków poliketydowych konieczne było wyjaśnienie mechanizmu działania tych enzymów.

Po szczegółowym zbadaniu składowych genetycznych i biochemicznych biosyntezy erytromycyny w komórkach Sacchapolyspora erythraea możliwe było dokonanie specyficznych zmian w genach związanych z biosyntezą tego antybiotyku oraz synteza pochodnych erytromycyny o innych właściwościach. Najpierw określono pierwotną strukturę fragmentu DNA S.erythraea! 56 kb zawierający klaster genów ery, następnie modyfikowany syntazą poliketydową erytromycyny na dwa różne sposoby. Aby to zrobić, 1) usunięto region DNA kodujący beta-ketoreduktazę lub 2) wprowadzono zmianę w regionie DNA kodującym reduktazę enoilową. Eksperymenty te umożliwiły wykazanie eksperymentalnie, że jeśli zidentyfikuje się i scharakteryzuje klaster genów kodujących enzymy do biosyntezy określonego antybiotyku poliketydowego, to dokonując w nich określonych zmian, możliwa będzie zmiana struktury antybiotyku w ukierunkowany sposób.

Ponadto, poprzez cięcie i łączenie pewnych odcinków DNA, możliwe jest przesuwanie domen syntazy poliketydowej i uzyskiwanie nowych antybiotyków poliketydowych.

Technologia DNA usprawniająca produkcję antybiotyków

Przy pomocy inżynierii genetycznej możliwe jest nie tylko tworzenie nowych antybiotyków, ale także zwiększenie wydajności syntezy już znanych. Czynnikiem ograniczającym przemysłową produkcję antybiotyków przy użyciu Streptomyces spp. często jest to ilość tlenu dostępnego komórkom. Ze względu na słabą rozpuszczalność tlenu w wodzie i dużą gęstość hodowli Streptomyces często jest on niewystarczający, następuje spowolnienie wzrostu komórek, a wydajność antybiotyku spada. Aby rozwiązać ten problem, można po pierwsze zmienić konstrukcję bioreaktorów, w których hodowana jest kultura Streptomyces, a po drugie, za pomocą metod inżynierii genetycznej, stworzyć szczepy Streptomyces bardziej efektywnie wykorzystujące dostępny tlen. Te dwa podejścia nie wykluczają się wzajemnie.

Jedną ze strategii stosowanych przez niektóre drobnoustroje tlenowe do przetrwania w warunkach niedoboru tlenu jest synteza produktu podobnego do hemoglobiny, zdolnego do gromadzenia tlenu i dostarczania go do komórek. Na przykład bakteria tlenowa Vitreoscilla sp. syntetyzuje homodimeryczne białko zawierające hem, funkcjonalnie podobne do hemoglobiny eukariotycznej. Wyizolowano gen „hemoglobiny” Vitreoscilla, wstawiono go do wektora plazmidowego Streptomyces i wprowadzono do komórek tego mikroorganizmu. Po ekspresji, hemoglobina Vitreoscilla stanowiła około 0,1% wszystkich białek komórkowych S. coelicoior, nawet gdy ekspresja była pod kontrolą własnego promotora genu hemoglobiny Vitreoscilla, a nie promotora Streptomyces. Transformowane komórki S.coelicoior rosnące przy niskiej zawartości rozpuszczonego tlenu (około 5% stężenia nasycającego) syntetyzowały 10 razy więcej aktynorodyny na 1 g suchej masy komórkowej i miały wyższe tempo wzrostu niż komórki nietransformowane. Podejście to można również zastosować do dostarczania tlenu innym mikroorganizmom rosnącym w warunkach niedoboru tlenu.

Materiałem wyjściowym do chemicznej syntezy niektórych cefalosporyn - antybiotyków o niewielkich skutkach ubocznych i aktywnych wobec wielu bakterii - jest kwas 7-aminocefalosporanowy (7ACA), który z kolei jest syntetyzowany z antybiotyku cefalosporyn C. Niestety naturalne mikroorganizmy zdolne do syntezy 7ACA , nie został jeszcze zidentyfikowany.

Skonstruowano nowy szlak biosyntezy 7ACA poprzez włączenie określonych genów do plazmidu grzyba Acremonium chrysogenum, który normalnie syntetyzuje tylko cefalosporynę-C. Jeden z tych genów pochodził z cDNA Fusarium solani kodującego oksydazę D-aminokwasową, podczas gdy drugi pochodził z genomowego DNA Pseudomonas diminuta i kodował acylazę cefalosporynową. W plazmidzie geny znajdowały się pod kontrolą promotora A. chrysogenum. W pierwszym etapie nowego szlaku biosyntezy cefalosporyna-C jest przekształcana do kwasu 7-p-(5-karboksy-5-oksopentanamido)cefalosporanowego (keto-AO-7ACA) przez oksydazę aminokwasową. Część tego produktu reaguje z nadtlenkiem wodoru, jednym z produktów ubocznych, tworząc kwas 7-beta-(4-karboksybutanoamido)-cefalosporanowy (GL-7ACA). Zarówno cefalosporyna-C, keto-A0-7ACA, jak i GL-7ACA mogą być hydrolizowane przez acylazę cefalosporynową do 7ACA, jednak tylko 5% cefalosporyny-C ulega bezpośredniej hydrolizie do 7ACA. Dlatego oba enzymy są wymagane do tworzenia 7ACA z wysoką wydajnością.

Interferony

Pod koniec lat 70-tych - na początku 80-tych. Technologia DNA XX wieku po raz pierwszy zaczęła przyciągać uwagę opinii publicznej i dużych inwestorów. Jednym z obiecujących produktów biotechnologicznych był interferon, który w tamtych czasach miał być cudownym lekarstwem na różne choroby wirusowe i nowotwory. Izolacja cDNA ludzkiego interferonu i jego późniejsza ekspresja w Escherichia coll zostały opisane przez wszystkie zainteresowane publikacje na świecie.

Do izolacji ludzkich genów lub białek stosuje się różne podejścia. Zazwyczaj pożądane białko jest izolowane i określana jest sekwencja aminokwasowa odpowiedniego regionu cząsteczki. Na tej podstawie znajduje się kodującą go sekwencję nukleotydową, syntetyzuje się odpowiedni oligonukleotyd i stosuje się go jako sondę hybrydyzacyjną do wyizolowania pożądanego genu lub cDNA z bibliotek genomowych lub cDNA. Innym podejściem jest wytworzenie przeciwciał przeciwko oczyszczonemu białku i wykorzystanie ich do przeszukiwania bibliotek wyrażających określone geny. W przypadku białek ludzkich syntetyzowanych głównie w pojedynczej tkance biblioteka cDNA pochodząca z mRNA wyizolowanego z tej tkanki zostanie wzbogacona w docelową sekwencję DNA. Na przykład głównym białkiem syntetyzowanym przez komórki wysp Langerhansa trzustki jest insulina, a koduje ją 70% mRNA wyizolowanego z tych komórek.

Jednak zasada wzbogacania cDNA nie ma zastosowania do tych białek ludzkich, których ilość jest bardzo mała lub których miejsce syntezy jest nieznane. W takim przypadku mogą być potrzebne inne podejścia eksperymentalne. Na przykład ludzkie interferony (IF), w tym interferony alfa, beta i gamma, są naturalnymi białkami, z których każde może znaleźć swoje własne zastosowanie terapeutyczne. Pierwszy gen interferonu wyizolowano na początku lat osiemdziesiątych. XX wiek. Od tego czasu odkryto kilka różnych interferonów. Polipeptyd, który ma działanie interferonu leukocytów ludzkich, jest syntetyzowany w E. coli.

Kilka cech interferonu sprawia, że ​​izolacja jego cDNA jest szczególnie trudna. Po pierwsze, pomimo tego, że interferon został oczyszczony ponad 80 000 razy, można go było uzyskać tylko w bardzo małych ilościach, ponieważ. jego dokładna masa cząsteczkowa nie była wówczas znana. Po drugie, w przeciwieństwie do wielu innych białek, interferon nie ma łatwej do zidentyfikowania aktywności chemicznej lub biologicznej: oceniano go jedynie poprzez zmniejszenie cytopatycznego wpływu wirusa zwierzęcego na hodowlę komórkową, a jest to złożony i długotrwały proces. Po trzecie, w przeciwieństwie do insuliny nie było wiadomo, czy istnieją komórki ludzkie zdolne do wytwarzania interferonu w wystarczająco dużych ilościach, tj. czy istnieje źródło mRNA interferonu. Pomimo tych wszystkich trudności, interferon kodujący cDNA został ostatecznie wyizolowany i scharakteryzowany. Podczas izolowania ich cDNA należało opracować specjalne podejście, aby przezwyciężyć trudności związane z niewystarczającą zawartością odpowiednich mRNA i białek. Teraz taka procedura ekstrakcji DNA jest powszechna i standardowa, a dla interferonów jest następująca.

1. mRNA wyizolowano z ludzkich leukocytów i frakcjonowano według wielkości; Przeprowadzono odwrotną transkrypcję i wstawiono ją w miejsce Psti plazmidu pBR322.

2. Otrzymany produkt przekształcono w Escherichia coli. Powstałe klony podzielono na grupy. Przeprowadzono testy na grupie klonów, co pozwoliło przyspieszyć proces ich identyfikacji.

3. Każdą grupę klonów hybrydyzowano z surowym preparatem IF-mRNA.

4. Z uzyskanych hybryd zawierających sklonowany DNA i mRNA wyizolowano mRNA i poddano translacji w systemie bezkomórkowej syntezy białek.

5. Określono interferoiczne działanie przeciwwirusowe każdej mieszaniny otrzymanej w wyniku translacji. Grupy, które wykazywały aktywność interferonu zawierały klon z cDNA zhybrydyzowanym z IF-mRNA.

6. Grupy pozytywne podzielono na podgrupy zawierające wiele klonów i ponownie przetestowano. Podział na podgrupy powtarzano aż do zidentyfikowania klonu zawierającego pełnej długości ludzki IF-cDNA.

Od tego czasu odkryto kilka różnych rodzajów interferonów. Wyizolowano geny kilku interferonów i wykazano ich skuteczność w leczeniu różnych chorób wirusowych, ale niestety interferon nie stał się panaceum.

Na podstawie chemicznych i biologicznych właściwości interferonu można wyróżnić trzy grupy: IF-alfa, IF-beta i IF-gamma. IF-alfa i IF-beta są syntetyzowane przez komórki traktowane wirusem lub preparatami wirusowego RNA, a IF-gamma jest produkowany w odpowiedzi na substancje stymulujące wzrost komórek. IF-alfa jest kodowany przez rodzinę genów, która obejmuje co najmniej 15 genów nie allelicznych, podczas gdy IF-beta i IF-gamma są kodowane przez jeden gen. Podtypy IF-alfa wykazują różne właściwości. Na przykład, podczas testowania skuteczności IF-alfa-1 i IF-alfa-2 na linii komórek bydlęcych traktowanych wirusem, te interferony wykazują podobną aktywność przeciwwirusową, podczas gdy w przypadku komórek ludzkich traktowanych wirusem, IF-alfa- 2 jest siedmiokrotnie bardziej aktywny niż IF-alfa 1. Jeśli aktywność przeciwwirusowa jest testowana na komórkach myszy, wtedy IF-alfa-2 jest 30 razy mniej skuteczny niż IF-alfa-1.

Ze względu na istnienie rodziny interferonów podjęto kilka prób stworzenia IF o połączonych właściwościach, wykorzystując fakt, że różni członkowie rodziny IF-alfa różnią się stopniem i specyficznością ich aktywności przeciwwirusowej. Teoretycznie można to osiągnąć łącząc części sekwencji genów różnych IF-alfa. Spowoduje to powstanie białka fuzyjnego o innych właściwościach niż którekolwiek z oryginalnych białek. Porównanie sekwencji cDNA IF-alfa-1 i IF-alfa-2 wykazało, że zawierają one te same miejsca restrykcyjne w pozycjach 60, 92 i 150. Po rozcięciu obu cDNA w tych miejscach i późniejszej ligacji fragmentów, kilka hybryd uzyskano geny. Geny te uległy ekspresji w E. coli, zsyntetyzowane białka oczyszczono i zbadano ich funkcje biologiczne. Testowanie właściwości ochronnych hybrydowych IF w hodowli komórek ssaków wykazało, że niektóre z nich są bardziej aktywne niż molekuły rodzicielskie. Ponadto wiele hybrydowych IF indukowało tworzenie syntetazy 2'-5'-oligoizoadenylanowej w komórkach kontrolnych. Enzym ten bierze udział w syntezie 2'-5'-połączonych oligonukleotydów, które z kolei aktywują utajoną endorybonukleazę komórkową, która tnie wirusowe mRNA. Inne hybrydowe IF wykazywały większą aktywność antyproliferacyjną niż cząsteczki macierzyste w hodowlach różnych ludzkich komórek nowotworowych.

Hormon wzrostu

Strategię konstruowania nowych białek przez zastępowanie domen funkcjonalnych lub przez ukierunkowaną mutagenezę można zastosować do zwiększenia lub zmniejszenia właściwości biologicznych białka. Na przykład natywny ludzki hormon wzrostu (hGH) wiąże się zarówno z receptorem hormonu wzrostu, jak i receptorem prolaktyny w różnych typach komórek. Aby uniknąć niepożądanych skutków ubocznych podczas leczenia, konieczne jest wykluczenie przyłączenia hGH do receptora prolaktyny. Ponieważ region cząsteczki hormonu wzrostu, który wiąże się z tym receptorem tylko częściowo pokrywa się w swojej sekwencji aminokwasowej z regionem cząsteczki, który oddziałuje z receptorem prolaktyny, możliwe było selektywne zmniejszenie wiązania hormonu z tym ostatnim. W tym celu zastosowano mutagenezę site-specyficzną, w wyniku której nastąpiły pewne zmiany w grupach bocznych niektórych aminokwasów (His-18, His-21 i Glu-174) – ligandów dla jonów Zn 2+ niezbędnych do wiązanie powinowactwa hGH do receptora prolaktyny. Zmodyfikowany hormon wzrostu wiąże się tylko ze swoim „własnym” receptorem. Uzyskane wyniki cieszą się niewątpliwym zainteresowaniem, ale nadal nie jest jasne, czy zmodyfikowany hGH będzie mógł znaleźć zastosowanie w klinice.

mukowiscydoza

Najczęstszą śmiertelną chorobą dziedziczną wśród rasy białej jest mukowiscydoza. W USA jest 30 000 przypadków tej choroby, w Kanadzie i Europie 23 000. Pacjenci z mukowiscydozą często cierpią na choroby zakaźne, które atakują płuca. Leczenie nawracających infekcji antybiotykami ostatecznie prowadzi do powstania opornych szczepów bakterii chorobotwórczych. Bakterie i produkty ich lizy powodują gromadzenie się lepkiego śluzu w płucach, co utrudnia oddychanie. Jednym ze składników śluzu jest DNA o dużej masie cząsteczkowej, który jest uwalniany z komórek bakteryjnych podczas lizy. Naukowcy z firmy biotechnologicznej Genentech (USA) wyizolowali i dokonali ekspresji genu DNazy, enzymu, który rozkłada wielkocząsteczkowy DNA na krótsze fragmenty. Oczyszczony enzym wstrzykuje się jako część aerozolu do płuc pacjentów z mukowiscydozą, rozszczepia DNA, zmniejsza się lepkość śluzu, co ułatwia oddychanie. Chociaż te środki nie leczą mukowiscydozy, łagodzą stan pacjenta. Enzym ten został niedawno zatwierdzony przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków i sprzedany w 2000 roku za około 100 milionów dolarów.

Kolejnym produktem biotechnologicznym pomagającym pacjentom jest liaza alginianowa. Alginian to polisacharyd syntetyzowany przez różne algi morskie, a także bakterie glebowe i morskie. Jego jednostkami monomerycznymi są dwa sacharydy – beta-D-mannuronian i alfa-1-guluronian, których względna zawartość i rozkład określają właściwości danego alginianu. Zatem reszty a-L-guluronianowe tworzą wiązania międzyłańcuchowe i wewnątrzłańcuchowe przez wiązanie jonów wapnia; Reszty beta-D-mannuronianu wiążą inne jony metali. Alginian zawierający takie wiązania poprzeczne tworzy elastyczny żel, którego lepkość jest wprost proporcjonalna do wielkości cząsteczek polisacharydu.

Uwalnianie alginianu przez śluzowe szczepy Pseudomonas aeruginosa znacząco zwiększa lepkość śluzu u pacjentów z mukowiscydozą. Aby oczyścić drogi oddechowe i złagodzić stan pacjentów, oprócz leczenia DNazą, należy przeprowadzić depolimeryzację alginianu przy użyciu liazy alginianowej.

Gen liazy alginianowej został wyizolowany z Flavobacterium sp., Gram-ujemnej bakterii glebowej, która aktywnie wytwarza ten enzym. Na podstawie E. coli stworzono bank klonów Flavobacterium, a te, które syntetyzują liazę alginianową, poddano badaniu przesiewowemu, wysiewając wszystkie klony na pożywkę stałą zawierającą alginian z dodatkiem jonów wapnia. W takich warunkach cały alginian w pożywce, z wyjątkiem tego, który otacza kolonie wytwarzające liazę alginianową, tworzy wiązania poprzeczne i staje się mętny. Zhydrolizowany alginian traci zdolność do tworzenia wiązań poprzecznych, więc środowisko wokół kolonii syntetyzujących alginian-liazę pozostaje przezroczyste. Analiza sklonowanego fragmentu DNA obecnego w jednej z dodatnich kolonii wykazała otwartą ramkę odczytu kodującą polipeptyd o masie cząsteczkowej około 69 000. Flavobacterium sp. Po pierwsze, jakiś enzym proteolityczny odcina od niego N-końcowy peptyd o masie około 6000. Pozostałe białko o masie cząsteczkowej 63 000 jest zdolne do depolimeryzacji alginianu wytwarzanego zarówno przez bakterie, jak i glony. Podczas późniejszego cięcia powstaje produkt o masie cząsteczkowej 23 000, który depolimeryzuje alginian wodorostów, oraz enzym o masie cząsteczkowej 40 000, który niszczy alginian bakteryjny. Aby uzyskać duże ilości enzymu o masie cząsteczkowej 40 000, kodujący go DNA amplifikowano w reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR), a następnie wstawiano do wektora plazmidowego wyizolowanego z B.subrjlis, niosącego gen kodujący α- B.subrjlis peptyd sygnałowy amylazy. Transkrypcję kontrolowano za pomocą systemu ekspresji genu penicylinazy. Gdy komórki B. subrjlis zostały stransformowane otrzymanym plazmidem i wysiane na stałe podłoże zawierające alginian z dodatkiem jonów wapnia, utworzyły się kolonie z dużym halo. Gdy takie kolonie rosły w pożywce płynnej, zrekombinowana liaza alginianowa była uwalniana do pożywki hodowlanej. Kolejne testy wykazały, że enzym ten był w stanie skutecznie upłynnić alginiany wytwarzane przez śluzowe szczepy P. aeruginosa, które wyizolowano z płuc pacjentów z mukowiscydozą. Potrzebne są dalsze badania, aby ustalić, czy odpowiednie są badania kliniczne rekombinowanej liazy alginianowej.

Zapobieganie odrzucaniu przeszczepionych narządów

W latach siedemdziesiątych zrewidowano poglądy na temat biernej immunizacji: zaczęto ją uważać za środek zapobiegawczy w walce z odrzuceniem przeszczepionych narządów. Zaproponowano wprowadzenie pacjentów ze specyficznymi przeciwciałami, które wiązałyby się z pewnymi typami limfocytów, zmniejszając odpowiedź immunologiczną skierowaną przeciwko przeszczepionemu narządowi.

Pierwszymi substancjami zalecanymi przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków do stosowania jako leki immunosupresyjne w przeszczepach narządów ludzkich były mysie przeciwciała monoklonalne OCTH. Tak zwane komórki T są odpowiedzialne za odrzucanie narządów - limfocytów różnicujących się w grasicy. OCTZ wiąże się z receptorem znajdującym się na powierzchni każdej komórki T o nazwie CD3. Zapobiega to rozwojowi pełnej odpowiedzi immunologicznej i odrzuceniu przeszczepionego narządu. Ta immunosupresja jest bardzo skuteczna, chociaż ma pewne skutki uboczne, takie jak gorączka i wysypki.

Opracowano techniki wytwarzania przeciwciał przy użyciu E. coli. Hybrydomy, podobnie jak większość innych kultur komórek zwierzęcych, rosną stosunkowo wolno, nie osiągają wysokich gęstości i wymagają złożonych i drogich pożywek. Uzyskane w ten sposób przeciwciała monoklonalne są bardzo drogie, co nie pozwala na ich szerokie zastosowanie w klinice.

Aby rozwiązać ten problem, podjęto próby stworzenia swego rodzaju „bioreaktorów” opartych na genetycznie modyfikowanych bakteriach, roślinach i zwierzętach. W tym celu do genomu gospodarza wprowadzono konstrukty genowe zdolne do kodowania poszczególnych regionów przeciwciała. Do skutecznego dostarczania i działania niektórych środków immunoterapeutycznych często wystarcza jeden region wiążący antygen przeciwciała (fragment Fab lub Fv); obecność fragmentu Fc przeciwciała jest opcjonalna.

Rośliny GM - producenci preparatów farmakologicznych

Dziś perspektywy biotechnologii rolniczej na dostarczenie takich roślin, które będą wykorzystywane jako leki czy szczepionki, wyglądają coraz bardziej realnie. Trudno sobie wyobrazić, jak ważne może to być dla biednych krajów, gdzie konwencjonalne leki są wciąż nowością, a tradycyjne programy szczepień WHO okazują się zbyt drogie i trudne do wdrożenia. Ten kierunek badań powinien być wspierany w każdy możliwy sposób, w tym poprzez współpracę sektora publicznego i prywatnego gospodarki.

Wśród genów, których ekspresja w roślinach uważana jest za egzotyczne, najważniejsze są te, które kodują syntezę polipeptydów o znaczeniu medycznym. Oczywiście patent Calgene dotyczący ekspresji mysiego interferonu w komórkach roślinnych należy uznać za pierwsze badanie w tej dziedzinie. Później pokazano syntezę immunoglobulin w liściach roślin.

Ponadto możliwe jest wprowadzenie do genomu rośliny genu kodującego białko (białka) otoczki wirusa. Spożywając tę ​​roślinę jako pokarm, ludzie stopniowo nabędą odporność na tego wirusa. W rzeczywistości jest to tworzenie leków roślinnych.

Rośliny transgeniczne mają szereg zalet w stosunku do hodowli komórek drobnoustrojów, zwierząt i ludzi w produkcji białek rekombinowanych. Wśród zalet roślin transgenicznych zwracamy uwagę na główne: możliwość produkcji na dużą skalę, niski koszt, łatwość oczyszczania, brak zanieczyszczeń, które mają działanie alergizujące, immunosupresyjne, rakotwórcze, teratogenne i inne na ludzi. Rośliny mogą syntetyzować, glikozylować i składać białka ssaków z podjednostek. Podczas jedzenia surowych warzyw i owoców, które niosą geny kodujące syntezę szczepionek białkowych, dochodzi do doustnej immunizacji.

Jednym ze sposobów zmniejszenia ryzyka wycieku genów do środowiska, który jest wykorzystywany w szczególności przy tworzeniu jadalnych szczepionek, jest wprowadzanie obcych genów do chloroplastów, a nie jak zwykle do chromosomów jądrowych. Uważa się, że ta metoda rozszerzy zakres roślin GM. Pomimo tego, że wprowadzenie pożądanych genów do chloroplastów jest znacznie trudniejsze, metoda ta ma kilka zalet. Jednym z nich jest to, że obce DNA z chloroplastów nie może dostać się do pyłku. To całkowicie eliminuje możliwość niekontrolowanego transferu materiału GM.

Wykorzystanie technologii DNA do opracowania szczepionek

Obiecującym kierunkiem jest tworzenie roślin transgenicznych niosących geny białek charakterystycznych dla bakterii i wirusów wywołujących choroby zakaźne. Kiedy spożywa się surowe owoce i warzywa niosące takie geny lub ich wysublimowane soki, organizm jest szczepiony. Na przykład podczas wprowadzania genu dla nietoksycznej podjednostki enterotoksyny cholery do roślin ziemniaka i karmienia surowymi bulwami myszy doświadczalnych, w ich organizmach powstały przeciwciała przeciwko patogenom cholery. Oczywiste jest, że takie jadalne szczepionki mogą być skutecznym, prostym i niedrogim sposobem ochrony ludzi i ogólnego zapewnienia bezpieczeństwa żywności.

Rozwój technologii DNA w ostatnich dziesięcioleciach zrewolucjonizował również rozwój i produkcję nowych szczepionek. Stosując metody biologii molekularnej i inżynierii genetycznej zidentyfikowano determinanty antygenowe wielu czynników zakaźnych, sklonowano geny kodujące odpowiadające im białka, a w niektórych przypadkach produkcja szczepionek na podstawie podjednostek białkowych tych antygenów została ustanowiona. Biegunka wywołana zakażeniem Vibrio cholerae lub enterotoksynogenną Escherichia coli (Escherichia coli) jest jedną z najgroźniejszych chorób o wysokim odsetku zgonów, zwłaszcza u dzieci. Łączna liczba przypadków cholery na świecie przekracza 5 milionów przypadków rocznie, co skutkuje śmiercią około 200 tysięcy osób. Dlatego Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) zwraca uwagę na zapobieganie zakażeniom biegunkowym, w każdy możliwy sposób stymulując tworzenie różnorodnych szczepionek przeciwko tym chorobom. Ogniska cholery zdarzają się również w naszym kraju, zwłaszcza w regionach południowych.

Bakteryjne choroby biegunkowe są również szeroko rozpowszechnione u zwierząt gospodarskich i drobiu, głównie u młodych zwierząt, co jest przyczyną dużych strat w gospodarstwach w wyniku utraty wagi i śmiertelności.

Klasycznym przykładem rekombinowanej szczepionki drobnoustrojowej jest produkcja antygenu powierzchniowego wirusa zapalenia wątroby typu B. Gen wirusa HBsAg został wstawiony do plazmidu drożdży, w wyniku czego w drożdżach powstają duże ilości białka wirusowego, które po oczyszczeniu jest wykorzystywane do wstrzykiwania jako skuteczna szczepionka przeciwko zapaleniu wątroby (Pelre i wsp., 1992).

Wiele krajów południowych o wysokiej zachorowalności na zapalenie wątroby przeprowadza powszechne szczepienia ludności, w tym dzieci, przeciwko tej chorobie. Niestety koszt takiej szczepionki jest stosunkowo wysoki, co uniemożliwia rozpowszechnienie powszechnych programów szczepień w krajach o niskim standardzie życia. W związku z tą sytuacją na początku lat 90. WHO podjęła inicjatywę stworzenia nowych technologii produkcji niedrogich szczepionek przeciwko chorobom zakaźnym, dostępnych dla wszystkich krajów świata.

Dziesięć lat temu pojawiła się koncepcja wykorzystania roślin transgenicznych do produkcji tak zwanych „jadalnych” szczepionek. Rzeczywiście, jeśli jakikolwiek jadalny narząd roślinny syntetyzuje białko antygenowe o silnych właściwościach immunogennych w jamie ustnej, to po zjedzeniu tych roślin białko antygenowe zostanie wchłonięte równolegle z produkcją odpowiednich przeciwciał.

Uzyskano rośliny tytoniu niosące gen kodujący antygen otoczki wirusa zapalenia wątroby typu B pod promotorem roślinnym. Obecność antygenu w liściach roślin transgenicznych potwierdzono testem immunoenzymatycznym. Pokazano podobieństwo struktury fizykochemicznej i właściwości immunologicznych powstałego antygenu rekombinowanego i antygenu surowicy ludzkiej.

Identyfikacja przeciwciał wytwarzanych w roślinach wykazała możliwość złożenia dwóch produktów rekombinowanych genów w jedną cząsteczkę białka, co jest niemożliwe w komórkach prokariotycznych. Składanie przeciwciał nastąpiło, gdy oba łańcuchy zostały zsyntetyzowane z sekwencją sygnałową. W tym przypadku, wraz z możliwością wprowadzenia dwóch genów do jednej rośliny, możliwe jest również połączenie pojedynczych łańcuchów polipeptydowych syntetyzowanych w różnych roślinach transgenicznych w kompletne białko podczas hybrydyzacji tych dwóch roślin. Możliwe jest wprowadzenie kilku genów na jeden plazmid.

Rośliny transgeniczne wytwarzające autoantygeny mogą być również stosowane w innych chorobach autoimmunologicznych, takich jak stwardnienie rozsiane, reumatoidalne zapalenie stawów, cukrzyca insulinozależna, a nawet odrzucenie przeszczepu narządów. Cukrzyca insulinozależna jest chorobą autoimmunologiczną, w której komórki trzustki produkujące insulinę są niszczone przez ich własne cytotoksyczne limfocyty T. Profilaktyczne doustne przyjmowanie znacznych ilości immunogennych białek może prowadzić do zapobiegania i znacznego opóźnienia wystąpienia objawów chorób autoimmunologicznych. Jest to jednak możliwe tylko w obecności znacznej ilości autoantygenów. Białka insulina i dekarboksylaza kwasu glutaminowego trzustki (GAD65) są uważane za szczepionki doustne zapobiegające cukrzycy insulinozależnej. Ostatnio kanadyjscy biotechnologowie uzyskali transgeniczne rośliny ziemniaka, które syntetyzują dekarboksylazę kwasu glutaminowego trzustki. Po podaniu myszom z cukrzycą zarówno częstość występowania cukrzycy, jak i nasilenie odpowiedzi autoimmunologicznej uległy zmniejszeniu.

Powyższe wyniki rozwoju inżynierii genetycznej przekonująco wskazują na możliwość stworzenia „jadalnych” szczepionek na bazie roślin transgenicznych. Biorąc pod uwagę fakt, że opracowanie szczepionek dla ludzi będzie wymagało znacznie więcej czasu i dokładniejszych testów pod kątem szkodliwości dla zdrowia, należy się spodziewać, że opracowane zostaną pierwsze jadalne szczepionki dla zwierząt. Badania na zwierzętach pomogą odkryć mechanizmy działania „jadalnych” szczepionek i dopiero wtedy, po długich badaniach i kompleksowej ocenie, szczepionki takie mogą być stosowane w praktyce klinicznej. Niemniej jednak prace w tym kierunku są aktywnie kontynuowane, a pomysł wykorzystania roślin do produkcji szczepionek został już opatentowany w Stanach Zjednoczonych, co wskazuje na komercyjne zainteresowanie tymi rozwiązaniami.

Pomimo tych zachęcających wyników, problem stworzenia komercyjnych „jadalnych” szczepionek przeciw biegunce wymaga dalszych badań. W patogenezie enterotoksycznej postaci biegunki bakteryjnej i cholery podstawowym zadaniem jest umożliwienie namnażania się bakterii w jelicie cienkim. Proces ten zależy od zdolności Escherichia coli do przylegania, co wynika z obecności na powierzchni komórek bakteryjnych specjalnych formacji nitkowatych o charakterze białkowym - pili. Istotnie więcej bakterii znajduje się na ścianach jelita cienkiego pacjentów z biegunką niż w świetle tej samej części jelita, co związane jest z obecnością adhezyn fimbrialnych w Escherichia coli - białkach zapewniających wiązanie receptorów na powierzchni nabłonka jelitowego.

Nawet niepatogenne szczepy Escherichia coll, które zawierały plazmid kodujący syntezę adhezyny, były zdolne do kolonizacji jelita i powodowania biegunki bez wytwarzania enterotoksyn. W związku z tym prawdopodobne jest, że odporność na same toksyny nie będzie wystarczająca, aby zapobiec patogennym skutkom wywoływanym przez V. cholerae lub E. coli. Możliwe, że aby przezwyciężyć te efekty, oprócz antygenów enterotoksyn, konieczna będzie ekspresja epitopów neutralizujących antygenów strukturalnych, takich jak lipopolisacharydy, białka błony zewnętrznej bakterii lub adhezyny pilusowe tych bakterii odpowiedzialne za wiązanie z jelitem. błona śluzowa. Ostatnio jedna z takich adhezyn, FimH, została z powodzeniem zastosowana do immunizacji myszy przeciwko biegunce bakteryjnej.

Innym ważnym problemem związanym z opracowaniem „jadalnych” szczepionek jest poziom ekspresji antygenu heterologicznego w roślinach. Ponieważ szczepionki doustne wymagają większych ilości antygenu niż szczepionki pozajelitowe, należy zwiększyć ilość antygenu syntetyzowanego w roślinach, która obecnie wynosi nie więcej niż 0,3% całkowitego rozpuszczalnego białka. Jednocześnie poziom ekspresji musi być wystarczająco wysoki, aby wywołać odpowiedź immunologiczną, ale niższy niż poziom indukujący tolerancję na antygen, jak ma to miejsce w przypadku substancji spożywanych w normalnej żywności. A ponieważ odpowiedź immunologiczna (immunogenność kontra tolerancja) może być specyficzna dla antygenu, poziomy ekspresji dla każdego potencjalnego antygenu będą musiały być wybrane indywidualnie.

Jak pokazują doświadczenia, poziom ekspresji antygenu heterologicznego w roślinach można zwiększyć, stosując promotory i wzmacniacze specyficzne tkankowo, wzmacniacze transkrypcji i translacji, dodając peptydy transportowe, a także zmieniając sekwencję nukleotydową odpowiednich genów za pomocą preferowane przez rośliny kodony. Jednak pytanie, które rośliny lepiej wykorzystać i w jakim organie jadalnym lepiej wyrazić antygen wymaga dalszych badań, ponieważ różne rośliny mogą zawierać substancje, które blokują lub spowalniają odpowiedź immunologiczną lub są po prostu toksyczne dla ludzi i zwierząt, takie jak alkaloidy w komórkach tytoniu.

ABC zdrowia - zdrowa żywność

Osiągnięcia postępu naukowego i technicznego wpłynęły na wszystkie sfery ludzkiej działalności, od produkcji po życie codzienne. Od wieków ludzie próbowali uwolnić się od wysiłku fizycznego poprzez automatyzację produkcji, tworzenie urządzeń gospodarstwa domowego i tak dalej. I generalnie zostali zwolnieni. W rezultacie pod koniec XX wieku dzienne zużycie energii przez osobę spadło 1,5-2 razy w porównaniu z początkiem.

O zdrowiu człowieka decydują głównie predyspozycje dziedziczne (genetyka) oraz odżywianie. Przez cały czas stworzenie bazy żywnościowej było kluczem i podstawą dobrobytu każdego państwa. Dlatego każde państwo jest zainteresowane projektami profilaktycznymi i programami zdrowotnymi, poprawą struktury żywienia, poprawą jakości życia, zmniejszeniem zachorowalności i umieralności. To odżywianie ściśle łączy nas z otoczeniem, a jedzenie jest materiałem, z którego zbudowane jest ludzkie ciało. Dlatego znajomość praw optymalnego żywienia może zapewnić zdrowie człowieka. Ta wiedza jest prosta i wygląda następująco: zużywaj tyle energii, ile wydajesz. Wartość energetyczna (zawartość kalorii) dziennej diety powinna odpowiadać dziennemu wydatkowi energetycznemu. Innym jest maksymalne urozmaicenie pokarmu, które zapewni różnorodny skład chemiczny pokarmu do fizjologicznych potrzeb człowieka w składniki odżywcze (ok. 600 szt.). Spożywana żywność powinna zawierać białka, tłuszcze, węglowodany, witaminy, sole mineralne, wodę, błonnik, enzymy, substancje smakowe i ekstrakcyjne, składniki drugorzędne – bioflawonoidy, indole, antocyjany, izoflawony i wiele innych. W przypadku niedoboru przynajmniej jednego z tych składników możliwe są poważne problemy zdrowotne. Aby temu zapobiec, codzienna dieta człowieka powinna obejmować około 32 różnych produktów spożywczych.

Optymalny stosunek składników odżywczych dostających się do organizmu przyczynia się do zachowania zdrowia i długowieczności. Niestety, większość światowej populacji charakteryzuje się niedoborem następujących składników odżywczych: pełnowartościowych (zwierzęcych) białek; wielonienasycone kwasy tłuszczowe; witaminy C, B, B2, E, kwas foliowy, retinol, beta-karoten i inne; makro- i mikroelementy: Ca, Fe, Zn, F, Se, I i inne; błonnik pokarmowy. I nadmierne spożycie takich tłuszczów zwierzęcych i łatwo przyswajalnych węglowodanów.

Deficyt spożycia białka dla większości populacji wynosi średnio 20%, zawartość większości witamin i mikroelementów jest o 15-55% mniejsza od wyliczonych wartości ich zapotrzebowania, a błonnik jest o 30% niższy. Naruszenie stanu odżywienia nieuchronnie prowadzi do złego stanu zdrowia, aw konsekwencji do rozwoju chorób. Jeśli przyjmiemy całą populację Federacji Rosyjskiej jako 100%, tylko 20% będzie zdrowych, osoby w stanie nieprzystosowania (o obniżonej odporności adaptacyjnej) – 40%, a w stanie przed zachorowaniem i chorobą – 20% każdy, odpowiednio.

Do najczęstszych chorób zależnych od odżywiania należą: miażdżyca; choroba hipertoniczna; hiperlipidemia; otyłość; cukrzyca; osteoporoza; dna; niektóre nowotwory złośliwe.

Dynamika wskaźników demograficznych w Federacji Rosyjskiej i na Ukrainie w ciągu ostatnich 10 lat charakteryzuje się również wyłącznie negatywnymi tendencjami. Śmiertelność jest prawie dwukrotnie wyższa niż wskaźnik urodzeń, średnia długość życia jest znacznie gorsza nie tylko w krajach rozwiniętych ...

W strukturze przyczyn zgonów czołowe miejsce zajmują patologie układu sercowo-naczyniowego i choroby onkologiczne - choroby, których ryzyko zależy m.in. od niedożywienia.

Należy również wziąć pod uwagę niedobory żywności na świecie. W XX wieku populacja świata wzrosła z 1,5 do 6 miliardów ludzi. Zakłada się, że do 2020 r. wzrośnie do 8 miliardów lub więcej – w zależności od tego, kto liczy i jak. Oczywiste jest, że głównym problemem jest żywienie takiej liczby osób. Pomimo tego, że produkcja rolnicza w ciągu ostatnich 40 lat wzrosła średnio 2,5-krotnie dzięki doborowi i doskonaleniu metod agronomicznych, jej dalszy wzrost wydaje się mało prawdopodobny. Oznacza to, że tempo produkcji rolnej żywności w przyszłości będzie coraz bardziej odbiegać od tempa przyrostu ludności.

Współczesny człowiek spożywa dziennie około 800 g jedzenia i 2 litry wody. Tak więc w ciągu jednego dnia ludzie zjadają ponad 4 miliony ton żywności. Już teraz światowy niedobór żywności przekracza 60 mln ton, a prognozy są rozczarowujące...

Rozwiązanie problemu zwiększenia produkcji żywności starymi metodami nie jest już możliwe. Ponadto tradycyjne technologie rolnicze nie są odnawialne: w ciągu ostatnich 20 lat ludzkość straciła ponad 15% żyznej warstwy gleby, a większość gleb nadających się do uprawy jest już zaangażowana w produkcję rolną.

Analiza sytuacji, która rozwinęła się w ostatnich latach w kompleksie rolno-przemysłowym Rosji, wskazuje na ponad 1,5-krotny spadek żywej populacji i spadek produkcji wszystkich rodzajów produktów rolnych. Przy pozostałych całkowitych ilościach zasobów naturalnych i pracy kryzys spowodował gwałtowne pogorszenie wykorzystania gruntów ornych, spadek wydajności agroekosystemów, z obiegu wycofano ponad 30 milionów hektarów wysokowydajnych agrocenoz.

Dotychczas podejmowane działania stabilizujące sytuację na rynku rolnym okazały się nieskuteczne i niewystarczające. A import żywności przekroczył wszelkie rozsądne granice i podał w wątpliwość bezpieczeństwo żywnościowe.

Opierając się na znaczeniu optymalizacji struktury żywienia dla zdrowia narodu, rozwoju i bezpieczeństwa kraju, opracowano priorytetowy kierunek poprawy żywienia ludności rosyjskiej: wyeliminowanie niedoboru wysokowartościowego białka; eliminacja niedoborów mikroelementów; tworzenie warunków do optymalnego rozwoju fizycznego i psychicznego dzieci; zapewnienie bezpieczeństwa krajowych i importowanych produktów spożywczych; podniesienie poziomu wiedzy ludności w sprawach zdrowego żywienia. Podstawą naukową nowoczesnej strategii produkcji żywności jest poszukiwanie nowych surowców zapewniających optymalny stosunek składników chemicznych żywności do organizmu człowieka. Rozwiązaniem tego problemu jest przede wszystkim poszukiwanie nowych źródeł białka i witamin.

Na przykład rośliną zawierającą kompletne białko, które nie ustępuje białkom zwierzęcym pod względem zestawu aminokwasów, jest soja. Wprowadzenie do diety produktów z niej zawartych pozwala zrekompensować niedobór białka, a także różnych drobnych składników, w szczególności izoflawonów.

Jednym z rozwiązań problemu żywnościowego jest chemiczna synteza produktów spożywczych i ich składników, a pewien postęp osiągnięto już w produkcji preparatów witaminowych. Bardzo obiecującą i stosowaną już metodą pozyskiwania wysokogatunkowych produktów spożywczych jest ich wzbogacanie w białko i witaminy podczas przetwarzania technologicznego, czyli produkcji żywności o określonym składzie chemicznym.

Innym sposobem jest wykorzystanie mikroorganizmów jako odrębnych składników produktów spożywczych, ponieważ tempo wzrostu mikroorganizmów jest tysiąckrotnie wyższe niż tempo wzrostu zwierząt rolniczych i 500 razy wyższe niż tempo wzrostu roślin.

Ważne jest, aby istniała możliwość ukierunkowanego genetycznego predeterminowania drobnoustrojów w ich składzie chemicznym, jego doskonalenia, co bezpośrednio determinuje ich wartość odżywczą i perspektywy wykorzystania.

Tak więc w nadchodzącym stuleciu produkcja żywności nie obejdzie się bez zastosowania nowoczesnych technologii, aw szczególności bez wykorzystania biotechnologii, czyli wykorzystania mikroorganizmów do wytwarzania produktów spożywczych.

Wraz z rosnącą świadomością wagi zdrowego stylu życia wzrosło zapotrzebowanie na produkty spożywcze niezawierające szkodliwych substancji. I tutaj technolodzy DNA nie mogli nie uczestniczyć.

Powyżej wspomnieliśmy już o burakach cukrowych, które produkują fruktan, niskokaloryczny substytut sacharozy. Wynik ten uzyskano poprzez wprowadzenie do genomu buraka genu karczocha jerozolimskiego, który koduje enzym przekształcający sacharozę we fruktan. W ten sposób 90% nagromadzonej sacharozy w transgenicznych roślinach buraka jest przekształcane we fruktan.

Innym przykładem prac nad stworzeniem produktów „żywności funkcjonalnej” jest próba stworzenia kawy bezkofeinowej. Zespół naukowców z Hawajów wyizolował gen enzymu ksantozyno-N7-metylotransferazy, który katalizuje pierwszy krytyczny etap syntezy kofeiny w liściach i ziarnach kawy. Z pomocą Agrobacterium wprowadzono antysensowną wersję tego genu do komórek hodowli tkankowej kawy Arabica. Badania transformowanych komórek wykazały, że poziom kofeiny w nich wynosi zaledwie 2% normy. Jeśli prace nad regeneracją i rozmnażaniem przekształconych roślin zakończą się sukcesem, to ich zastosowanie pozwoli uniknąć procesu chemicznej dekofeinizacji kawy, co nie tylko zaoszczędzi 2,00 USD na kilogramie kawy (koszt procesu), ale także zachowa w ten sposób zepsuty smak napoju, który częściowo traci się podczas dekofeinizacji.

Kraje rozwijające się, w których głodują setki milionów ludzi, potrzebują w szczególności poprawy jakości żywności. Na przykład rośliny strączkowe uprawiane na całym świecie mają niedobór niektórych aminokwasów zawierających siarkę, w tym metioniny. Obecnie podejmowane są aktywne próby zwiększenia stężenia metioniny w roślinach strączkowych. W roślinach GM możliwe jest zwiększenie zawartości białka zapasowego o 25% (do tej pory robiono to dla niektórych odmian fasoli). Innym wspomnianym już przykładem jest „złoty ryż” wzbogacony beta-karotenem otrzymany przez prof. Potrykusa z Politechniki w Zurychu. Uzyskanie oceny przemysłowej byłoby wybitnym osiągnięciem. Podejmowane są również próby wzbogacenia ryżu w witaminę B, której brak prowadzi do anemii i innych chorób.

Prace nad poprawą cech jakościowych produktów roślinnych dobrze ilustrują możliwości nowoczesnych technologii DNA w rozwiązywaniu różnorodnych problemów.

jedzenie jako lekarstwo

Termin „biotechnologia” odnosi się do zestawu metod przemysłowych, które wykorzystują do produkcji żywe organizmy i procesy biologiczne. Techniki biotechnologiczne są stare jak świat - winiarstwo, pieczenie, piwowarstwo, serowarstwo opierają się na wykorzystaniu mikroorganizmów i również należą do biotechnologii.

Nowoczesna biotechnologia opiera się na inżynierii komórkowej i genetycznej, która umożliwia pozyskiwanie cennych substancji biologicznie czynnych – antybiotyków, hormonów, enzymów, immunomodulatorów, szczepionek syntetycznych, aminokwasów, a także białek spożywczych, do tworzenia nowych odmian roślin i ras zwierząt. Główną zaletą stosowania nowych podejść jest zmniejszenie zależności produkcji od zasobów naturalnych, wykorzystanie najbardziej korzystnych dla środowiska i ekonomicznie sposobów zarządzania gospodarką.

Stworzenie genetycznie modyfikowanych roślin pozwala wielokrotnie przyspieszać proces hodowli odmian, a także uzyskiwać plony o właściwościach, których nie da się wyhodować tradycyjnymi metodami. Modyfikacja genetyczna upraw czyni je odpornymi na pestycydy, szkodniki, choroby, zmniejszając straty podczas uprawy, przechowywania i poprawiając jakość produktu.

Co jest typowe dla drugiej generacji roślin transgenicznych, które są już produkowane na skalę przemysłową? Mają wyższe właściwości agrotechniczne, czyli większą odporność na szkodniki i chwasty, a co za tym idzie wyższe plony.

Z medycznego punktu widzenia ważnymi zaletami produktów transgenicznych jest to, że po pierwsze możliwe było znaczne zmniejszenie pozostałości pestycydów, co pozwoliło na zmniejszenie obciążenia chemicznego organizmu człowieka w niesprzyjających warunkach środowiskowych. Po drugie, aby nadać roślinom właściwości owadobójcze, co prowadzi do zmniejszenia ich uszkadzania przez owady, a to znacznie ogranicza porażenie upraw zbóż przez grzyby pleśniowe. Wiadomo, że wytwarzają mykotoksyny (w szczególności fumonizyny - naturalne zanieczyszczenia zbóż), toksyczne dla człowieka.

Tym samym produkty GM zarówno pierwszej, jak i drugiej generacji mają pozytywny wpływ na zdrowie człowieka nie tylko pośrednio – poprzez poprawę stanu środowiska, ale także bezpośrednio – poprzez redukcję pozostałości pestycydów i zawartości mykotoksyn. Nic dziwnego, że powierzchnia upraw transgenicznych rośnie z roku na rok.

Ale teraz największa uwaga zostanie zwrócona na tworzenie produktów III generacji o ulepszonej lub zmodyfikowanej wartości odżywczej, odpornych na czynniki klimatyczne, zasolenie gleby, a także o przedłużonym okresie przydatności do spożycia i ulepszonych właściwościach smakowych, charakteryzujących się brakiem alergenów .

W przypadku upraw czwartej generacji, oprócz powyższych cech, zmiana architektury roślin (na przykład niskiego wzrostu), zmiana czasu kwitnienia i owocowania, która umożliwi uprawę owoców tropikalnych w pas środkowy, zmiana wielkości, kształtu i liczby owoców, wzrost wydajności fotosyntezy, produkcja składników odżywczych o zwiększonym poziomie przyswajania, czyli lepiej przyswajalnych przez organizm.

Doskonalenie metod modyfikacji genetycznych, a także pogłębianie wiedzy na temat funkcji żywności i metabolizmu w organizmie człowieka, umożliwi wytwarzanie produktów mających na celu nie tylko dobre odżywianie, ale także dalszą promocję zdrowia i zapobieganie chorobom.

Rośliny bioreaktorowe

Jednym z obiecujących kierunków technologii roślinnego DNA jest tworzenie roślin bioreaktorowych zdolnych do wytwarzania białek potrzebnych w medycynie, farmakologii itp. Do zalet roślin bioreaktorowych należy brak potrzeby karmienia i utrzymania, względna łatwość tworzenia i reprodukcji i wysoką produktywność. Ponadto obce białka nie wywołują odpowiedzi immunologicznych u roślin, co jest trudne do osiągnięcia u zwierząt.

Istnieje potrzeba uzyskania całego zestawu białek biologicznie czynnych, które ze względu na bardzo niski poziom syntezy w określonych tkankach lub produktach nie są dostępne do badania mechanizmu działania, szerokiego zastosowania czy określenia dodatkowych zastosowań. Do takich białek należą np. laktoferyna, która występuje w niewielkiej ilości w mleku ssaków, leukocytach krwi.

Ludzka laktoferyna (hLF) może być stosowana jako suplement diety i lek terapeutyczny w profilaktyce i leczeniu chorób zakaźnych przewodu pokarmowego u małych dzieci, zwiększając odpowiedź immunologiczną organizmu w chorobach nowotworowych i wielu chorobach wirusowych (AIDS) . Pozyskiwanie laktoferyny z mleka krowiego, ze względu na jej niską zawartość, prowadzi do wysokich kosztów leku. Wprowadzenie cDNA genu laktoferyny do komórek tytoniu spowodowało syntezę skróconej laktoferyny przez szereg tkanek kalusa, której właściwości przeciwbakteryjne były znacznie silniejsze niż laktoferyny natywnej. Stężenie tej skróconej laktoferyny w komórkach tytoniu wynosiło 0,6-2,5%.

Do genomu roślin wprowadzane są geny, których produkty wywołują odpowiedź immunologiczną u ludzi i zwierząt, np. na białka otoczki patogenów różnych chorób, w szczególności cholery, zapalenia wątroby, biegunki, a także na antygeny błony plazmatyczne niektórych nowotworów.

Tworzone są rośliny transgeniczne, które niosą geny wytwarzające pewne hormony niezbędne do terapii hormonalnej człowieka i tak dalej.

Przykładem wykorzystania roślin do tworzenia szczepionek jest praca wykonana na Uniwersytecie Stanforda. W pracy uzyskano przeciwciała przeciwko jednej z form raka przy użyciu zmodernizowanego wirusa mozaiki tytoniu, do którego wstawiono region hiperzmienny immunoglobuliny chłoniaka. Rośliny zakażone zmodyfikowanym wirusem wytwarzały przeciwciała o prawidłowej konformacji w ilościach wystarczających do zastosowania klinicznego. 80% myszy, które otrzymały przeciwciała, przeżyło chłoniaka, podczas gdy wszystkie myszy, które nie otrzymały szczepionki, zmarły. Zaproponowana metoda umożliwia szybkie uzyskanie przeciwciał specyficznych dla pacjenta w ilościach wystarczających do zastosowania klinicznego.

Istnieją wielkie perspektywy wykorzystania roślin do produkcji przeciwciał. Kevin Uzil i współpracownicy wykazali, że przeciwciała wytwarzane przez soję skutecznie chroniły myszy przed zakażeniem wirusem opryszczki. W porównaniu z przeciwciałami wytwarzanymi w hodowlach komórek ssaków, przeciwciała wytwarzane przez rośliny miały podobne właściwości fizyczne, pozostawały stabilne w komórkach ludzkich i nie różniły się zdolnością do wiązania i neutralizacji wirusa. Badania kliniczne wykazały, że zastosowanie przeciwciał wytwarzanych przez tytoń skutecznie zapobiegało proliferacji zmutowanych paciorkowców powodujących próchnicę.

Opracowano wyprodukowaną z ziemniaków szczepionkę przeciwko cukrzycy insulinozależnej. Bulwy ziemniaka gromadziły białko chimeryczne składające się z podjednostki B toksyny cholery i proinsuliny. Obecność podjednostki B ułatwia wychwyt tego produktu przez komórki, co sprawia, że ​​szczepionka jest 100-krotnie skuteczniejsza. Podawanie bulw mikrogramowych ilości insuliny myszom z cukrzycą spowolniło postęp choroby.

Technologie genetyczne w walce z zanieczyszczeniem środowiska. Fitoremediacja

Swoimi działaniami człowiek ingerował w ewolucyjny rozwój życia na Ziemi i niszczył istnienie niezależnej od człowieka biosfery. Nie udało mu się jednak anulować podstawowych praw rządzących biosferą i uwolnić się od ich wpływu.

Odradzające się po kolejnym kataklizmie z pozostałych ośrodków, adaptujące się i ewoluujące, życie jednak przez cały czas miało główny kierunek rozwoju. Wyznaczało ją prawo rozwoju historycznego Rouliera, zgodnie z którym w ramach postępu życia i nieodwracalności ewolucji wszystko dąży do niezależności od warunków środowiskowych. W procesie historycznym pragnienie to realizuje się poprzez komplikowanie organizacji, co wyraża się wzrostem zróżnicowania struktury i funkcji. Tak więc na każdym kolejnym obrocie spirali ewolucji pojawiają się organizmy z coraz bardziej złożonym układem nerwowym i jego ośrodkiem - mózgiem. XIX-wieczni naukowcy ewolucjoniści nazwany ten kierunek ewolucji „cefalizacją” (od greckiego „cefalon” – mózg) Jednak cefalizacja naczelnych i komplikacja ich organizmu w końcu postawiła ludzkość jako gatunek biologiczny na skraju wyginięcia zgodnie z biologiczną zasadą przyspieszenia ewolucji , zgodnie z którym komplikacja systemu biologicznego oznacza skrócenie średniego czasu istnienia gatunku i zwiększenie tempa jego ewolucji. Na przykład średnia długość życia gatunku ptaka wynosi 2 miliony lat, ssaków - 800 tysięcy lat, formy przodków człowieka - 200-500 tysięcy lat. Współczesny podgatunek człowieka istnieje, według niektórych poglądów, tylko od 50 do 100 tysięcy lat, ale wielu naukowców uważa, że ​​jego możliwości genetyczne i rezerwy zostały wyczerpane (Dlekseeko, Keisevich, 1997).

Przodkowie współczesnego człowieka weszli na ścieżkę, która nasila konfrontację z biosferą i prowadzi do katastrofy około 1,5-3 mln lat temu, kiedy po raz pierwszy zaczęli używać ognia. Od tego momentu drogi człowieka i biosfery rozeszły się, rozpoczęła się ich konfrontacja, której rezultatem może być upadek biosfery lub zanik człowieka jako gatunku.

Ludzkość nie może odrzucić żadnego z osiągnięć cywilizacji, nawet jeśli są one zgubne: w przeciwieństwie do zwierząt, które wykorzystują wyłącznie odnawialne źródła energii i to w ilościach adekwatnych do zdolności biosfery do samodzielnego rozmnażania się biomasy, ludzkość może egzystować wykorzystując nie tyle energię odnawialną, co odnawialną. nieodnawialne nośniki energii i źródła energii. Nowe wynalazki w tej dziedzinie tylko zwiększają tę opozycję.

Jednym z najnowszych kierunków wykorzystania roślin transgenicznych jest ich wykorzystanie do fitoremediacji – oczyszczania gleb, wód gruntowych itp. - od zanieczyszczeń: metali ciężkich, radionuklidów i innych szkodliwych związków.

Z roku na rok wzrasta zanieczyszczenie środowiska substancjami naturalnymi (ropa, metale ciężkie itp.) oraz związkami syntetycznymi (ksenobiotykami), często toksycznymi dla wszystkich żywych organizmów. Jak zapobiegać dalszemu zanieczyszczaniu biosfery i eliminować jej istniejące źródła? Jednym z rozwiązań jest wykorzystanie technologii genetycznych. Na przykład żywe organizmy, głównie mikroorganizmy. Takie podejście nazywa się „bioremediacją” – biotechnologią mającą na celu ochronę środowiska. W przeciwieństwie do biotechnologii przemysłowych, których głównym celem jest pozyskiwanie użytecznych metabolitów mikroorganizmów, walka z zanieczyszczeniami nieuchronnie wiąże się z „uwalnianiem” mikroorganizmów do środowiska, co wymaga dogłębnego zrozumienia ich interakcji z nim. Mikroorganizmy powodują biodegradację – niszczenie niebezpiecznych związków, które dla większości z nich nie są powszechnym podłożem. Biochemiczne ścieżki degradacji złożonych związków organicznych mogą być bardzo długie (np. naftalen i jego pochodne są niszczone przez kilkanaście różnych enzymów).

Degradacja związków organicznych w bakteriach jest najczęściej kontrolowana przez plazmidy. Nazywane są plazmidami degradacji lub D-plazmidami. Rozkładają związki takie jak salicylan, naftalen, kamfora, oktan, toluen, ksylen, bifenyl itp. Większość plazmidów D wyizolowano z glebowych szczepów bakterii Pseudomonas. Ale mają je również inne bakterie: Alcalkjenes, Flavobacterium, Artrobacter itp. Wiele pseudomonad posiada plazmidy kontrolujące odporność na metale ciężkie. Prawie wszystkie plazmidy D, jak mówią eksperci, są koniugacyjne, tj. zdolny do samotransportu do komórek potencjalnego biorcy.

Plazmidy D mogą kontrolować zarówno początkowe etapy niszczenia związku organicznego, jak i jego całkowity rozkład. Pierwszy typ to plazmid OST, który kontroluje utlenianie węglowodorów alifatycznych do aldehydów. Zawarte w nim geny kontrolują ekspresję dwóch enzymów: hydroksylazy, która przekształca węglowodory w alkohol oraz dehydrogenazy alkoholowej, która utlenia alkohol do aldehydu. Dalsze utlenianie przeprowadzają enzymy, za syntezę których „odpowiedzialne” są geny chromosomów. Jednak większość plazmidów D należy do drugiego typu.

Bakterie oporne na rtęć wyrażają gen mer A kodujący białko transportu i detoksykacji rtęci. Zmodyfikowaną konstrukcję genu mer A zastosowano do transformacji tytoniu, rzepaku, topoli i Arabidopsis. W uprawie hydroponicznej rośliny z tym genem zostały wyekstrahowane ze środowiska wodnego do 80% jonów rtęci. Jednocześnie wzrost i metabolizm roślin transgenicznych nie zostały stłumione. Odporność na rtęć była przekazywana z pokolenia na pokolenie.

Podczas wprowadzania trzech zmodyfikowanych konstruktów genu mer A do tulipana (Liriodendron tulipifera) rośliny jednej z otrzymanych linii charakteryzowały się szybkim tempem wzrostu w obecności niebezpiecznych dla roślin kontrolnych stężeń chlorku rtęci (HgCl 2 ). Rośliny z tej linii wchłonęły i przekształciły się w mniej toksyczną pierwiastkową formę rtęci i ulatniały do ​​10 razy więcej rtęci jonowej niż rośliny kontrolne. Naukowcy uważają, że rtęć elementarna wyparowana przez transgeniczne drzewa tego gatunku natychmiast rozproszy się w powietrzu.

Metale ciężkie są integralną częścią zanieczyszczeń gruntów wykorzystywanych w produkcji rolnej. W przypadku kadmu wiadomo, że większość roślin gromadzi go w korzeniach, podczas gdy niektóre rośliny, takie jak sałata i tytoń, gromadzą go głównie w liściach. Kadm przedostaje się do gleby głównie z emisji przemysłowych oraz jako zanieczyszczenie w nawozach fosforowych.

Jednym ze sposobów zmniejszenia spożycia kadmu przez organizmy ludzkie i zwierzęce może być produkcja roślin transgenicznych, które gromadzą w liściach mniejszą ilość tego metalu. Takie podejście jest cenne dla tych gatunków roślin, których liście są wykorzystywane jako żywność lub pasza dla zwierząt.

Możesz również użyć metalotionein - małych białek bogatych w cysteinę, które mogą wiązać metale ciężkie. Wykazano, że metalotioneina ssaków działa w roślinach. Uzyskano rośliny transgeniczne z ekspresją genów metalotioneiny i wykazano, że rośliny te były bardziej odporne na kadm niż rośliny kontrolne.

Rośliny transgeniczne z ssaczym genem hMTII miały o 60-70% niższe stężenie kadmu w pędach w porównaniu z kontrolą, a także zmniejszono transfer kadmu z korzeni do pędów – tylko 20% wchłoniętego kadmu zostało przetransportowane do pędów. łodygi.

Wiadomo, że rośliny akumulują metale ciężkie, wydobywając je z gleby lub wody. Na tej właściwości opiera się fitoremediacja, podzielona na fitoekstrację i ryzofiltrację. Fitoekstrakcja odnosi się do wykorzystania szybko rosnących roślin do ekstrakcji metali ciężkich z gleby. Rhizofiltracja to wchłanianie i koncentracja metali toksycznych z wody przez korzenie roślin. Rośliny, które wchłonęły metale, są kompostowane lub spalane. Rośliny różnią się znacznie pojemnością magazynową. Tak więc brukselka może gromadzić do 3,5% ołowiu (z suchej masy roślin), a jej korzenie - do 20%. Roślina ta z powodzeniem gromadzi również miedź, nikiel, chrom, cynk itp. Fitoremediacja jest również obiecująca dla oczyszczania gleby i wody z radionuklidów. Ale toksyczne związki organiczne nie są rozkładane przez rośliny, bardziej obiecujące jest wykorzystanie tutaj mikroorganizmów. Chociaż niektórzy autorzy nalegają na zmniejszenie stężenia zanieczyszczeń organicznych podczas fitoremediacji, niszczą je głównie nie rośliny, ale mikroorganizmy żyjące w ich ryzosferze.

Symbiotyczna lucerna wiążąca azot Rhlzobium melitotj została wprowadzona z szeregiem genów, które rozkładają benzynę, toluinę i ksylen zawarte w paliwie. Głęboki system korzeniowy lucerny pozwala oczyścić glebę zanieczyszczoną produktami naftowymi na głębokość 2-2,5 metra.

Należy pamiętać, że większość ksenobiotyków pojawiła się w środowisku w ciągu ostatnich 50 lat. Ale w naturze są już mikroorganizmy zdolne do ich wykorzystania. Sugeruje to, że w populacjach mikroorganizmów dość szybko zachodzą zdarzenia genetyczne, które determinują ich ewolucję, a dokładniej mikroewolucję. Ponieważ ksenobiotyków jest coraz więcej ze względu na naszą technogeniczną cywilizację, ważne jest, aby mieć ogólne pojęcie o metabolizmie mikroorganizmów i ich zdolnościach metabolicznych. Wszystko to wymagało opracowania nowej nauki - metabolomiki. Opiera się na fakcie, że bakterie mogą nabyć zdolność do przetwarzania nowych związków w wyniku mutacji. Z reguły wymaga to kilku kolejnych mutacji lub wstawienia nowych układów genowych z tych już istniejących w innych typach mikroorganizmów. Na przykład rozkład stabilnego związku organohalogenowego wymaga informacji genetycznej znajdującej się w komórkach różnych mikroorganizmów. W przyrodzie taka wymiana informacji następuje dzięki horyzontalnemu transferowi genów, a w laboratoriach wykorzystywane są metody technologii DNA zaczerpnięte z natury.

Dalszy rozwój fito- i bioremediacji to złożony problem związany w szczególności z wykorzystaniem roślin i mikroorganizmów ryzosferycznych. Rośliny z powodzeniem wydobędą metale ciężkie z gleby, a bakterie ryzosferyczne będą rozkładać związki organiczne, zwiększając efektywność fitoremediacji, promując wzrost roślin, a rośliny – rozwój mikroorganizmów żyjących na ich korzeniach.

Zanieczyszczenie środowiska można uznać za chorobę ekosystemów, a bioremediację za leczenie. Należy go również traktować jako profilaktykę wielu chorób człowieka spowodowanych zanieczyszczeniem środowiska. W porównaniu do innych metod czyszczenia ta jest znacznie tańsza. Przy zanieczyszczeniach rozproszonych (pestycydy, oleje i produkty ropopochodne, trinitrotoluen, który zatruwa liczne ziemie) nie ma alternatywy. W oczyszczaniu środowiska z zanieczyszczeń ważne jest prawidłowe ustalanie priorytetów, minimalizowanie ryzyka związanego z tym czy innym zanieczyszczeniem oraz uwzględnienie właściwości danego związku i jego wpływu przede wszystkim na zdrowie człowieka. Potrzebne są akty prawne i przepisy regulujące wprowadzanie do środowiska mikroorganizmów GMO, z którymi wiąże się szczególne nadzieje na oczyszczenie z wszelkich zanieczyszczeń. W przeciwieństwie do biotechnologii przemysłowej, gdzie wszystkie parametry procesu technologicznego mogą być ściśle kontrolowane, bioremediacja prowadzona jest w systemie otwartym, gdzie taka kontrola jest utrudniona. Do pewnego stopnia zawsze jest to „know-how”, rodzaj sztuki.

Przewaga mikroorganizmów w oczyszczaniu produktów naftowych została w pełni wykazana, gdy po katastrofie tankowca do morza u wybrzeży Alaski wylało się 5000 m 3 ropy. Około 1,5 tys. km linii brzegowej okazało się zanieczyszczone ropą. W czyszczenie mechaniczne zaangażowanych było 11 tysięcy pracowników i różne urządzenia (kosztowało to 1 milion dolarów dziennie). Ale był inny sposób: równolegle, aby oczyścić wybrzeże, do gleby wprowadzono nawóz azotowy, co przyspieszyło rozwój naturalnych społeczności drobnoustrojów. Przyspieszyło to rozkład oleju 3-5 razy. W rezultacie zanieczyszczenia, których konsekwencje według obliczeń mogą dotknąć nawet po 10 latach, zostały całkowicie wyeliminowane w ciągu 2 lat, wydając na bioremediację mniej niż 1 mln USD.

Rozwój bioremediacji, technologii i metod jej stosowania wymaga interdyscyplinarnego podejścia i współpracy specjalistów z dziedziny genetyki i biologii molekularnej, ekologii i innych dyscyplin. Stąd kierunki wykorzystania inżynierii genetycznej są bardzo zróżnicowane i rozległe, a niektóre z nich są fantastyczne i jednocześnie bardzo obiecujące pod względem osiągalnych rezultatów.

Badanie reakcji organizmów żywych na zmiany środowiskowe jest niezwykle ważne dla oceny wpływu tych zmian, zwłaszcza pochodzenia antropogenicznego, na bioróżnorodność, której ochrona jest najważniejszym zadaniem cywilizacji człowieka.

Według Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (OECD) potencjalny rynek dla bioremediacji to ponad 75 miliardów dolarów.Przyspieszone wprowadzanie biotechnologii do ochrony środowiska wynika po części z faktu, że są one znacznie tańsze od innych technologie czyszczenia. Według OECD bioremediacja ma znaczenie lokalne, regionalne i globalne, a do oczyszczania coraz częściej będą wykorzystywane zarówno organizmy naturalne, jak i GMO.

biopaliwo

Biorąc pod uwagę ograniczone zasoby energii kopalnej, szczególną uwagę należy teraz zwrócić na możliwość wykorzystania nowych rodzajów paliw – metanu, wodoru itp., a także odnawialnych źródeł energii. Jednak w ogólnym bilansie energetycznym takie przyjazne środowisku źródła energii jak energia słoneczna, prądy morskie, woda, wiatr itp. mogą stanowić nie więcej niż 20% ich całkowitej produkcji. W tej sytuacji jednym z najbardziej obiecujących źródeł energii odnawialnej jest biomasa, której metody wykorzystania są stale udoskonalane. Jednocześnie obok bezpośredniego spalania szeroko stosowane są procesy biokonwersji, np. fermentacja alkoholowa i beztlenowa, konwersja termiczna, zgazowanie, piroliza itp. stosowane jako dodatek do paliw zastępujący importowany olej. W tym samym celu rozpoczęto eksploatację naturalnych zarośli wierzby czarnej, która zajmuje około 6 mln hektarów w północno-wschodnich regionach kraju.

Jeśli w Indiach, Chinach i niektórych innych krajach odpady rolnicze są utylizowane w celu uzyskania biogazu, to w Szwecji, Niemczech, Brazylii, USA, Kanadzie uprawy rolne są specjalnie uprawiane do produkcji alkoholu etylowego opałowego. Skutecznym substytutem paliw kopalnych jest olej rzepakowy i rzepikowy, których wiosenne formy można uprawiać w Rosji aż do koła podbiegunowego. Soja, słonecznik i inne rośliny mogą być również źródłem olejów roślinnych do produkcji biopaliw. Brazylia coraz częściej wykorzystuje trzcinę cukrową do produkcji etanolu jako paliwa, aw Stanach Zjednoczonych coraz częściej stosuje się kukurydzę.

Współczynnik zwrotu energii (stosunek całkowitego ekwiwalentu energetycznego użytecznych produktów do wszystkich kosztów energii na jego produkcję) wynosi dla buraków cukrowych – 1,3; trawy pastewne - 2,1; rzepak - 2,6; słoma pszenna - 2,9. Jednocześnie dzięki wykorzystaniu 60 centów słomy pszennej z każdego hektara jako surowca można uzyskać 10 tys. m 3 gazu generatorowego, czyli 57,1 GJ.

Ze względu na szybkie wyczerpywanie się zasobów naturalnych ropy naftowej, gazu i węgla w wielu krajach szczególną uwagę zwraca się na tzw. rośliny oleiste - Euphorbia lathyris (wilczomlecz oleisty) i E.tirucallii z rodziny wilczomleczów (Kupharbiacea), zawiera lateks, którego skład terpenów zbliża się w swoich właściwościach do wysokiej jakości oleju. Jednocześnie plon suchej masy tych roślin wynosi około 20 t/ha, a plon produktu oleistego w warunkach Północnej Kalifornii (tj. w strefie 200-400 mm opadów rocznie) może osiągnąć 65 baryłek surowca na 1 ha. W związku z tym bardziej opłaca się uprawiać roślinne substytuty paliw kopalnych, gdyż z każdego hektara można uzyskać ponad 3600 petrodolarów, co w ekwiwalencie ziarna wyniesie 460 c/ha, tj. 20-krotność średniej wydajności pszenicy w USA i Kanadzie. Jeśli przypomnimy sobie znane hasło USA „za każdą baryłkę ropy, buszel zboża”, to przy dzisiejszych cenach ropy, gazu i zboża oznacza to wymianę 1 dolara zboża na około 25 petrodolarów. Oczywiście beczka oliwy nie zastąpi korca zboża w dosłownym tego słowa znaczeniu i nie każda strefa będzie w stanie uprawiać tego typu rośliny. Ale pozyskiwanie paliw alternatywnych poprzez ukierunkowaną hodowlę roślin sprawia, że ​​także technogenno-energetyczny składnik wysokowydajnych agrofitocenoz w odtwarzalny i przyjazny dla środowiska czynnik w intensyfikacji produkcji roślinnej i oczywiście jest to jeden z najbardziej bezbolesnych sposobów wyjścia z takich stanów. jak Ukraina - do wykorzystywania na coraz większą skalę roślin jako zasobów odnawialnych, w tym energetycznych (paliwo biodiesel, smary itp.). Na przykład produkcja rzepaku ozimego zapewnia już stosunek zużycia energii do produkcji energii wynoszący 1:5.

GMO i bioróżnorodność

Zasadniczym punktem obecnego etapu hodowli jest jasne zrozumienie, że podstawą jej rozwoju, w tym wykorzystania technik inżynierii genetycznej, jest bioróżnorodność.

Ewolucja królestwa roślin podążała ścieżką zwielokrotniania liczby gatunków i ich „ekologicznej specjalizacji”. Fakt ten wskazuje na niebezpieczeństwo zmniejszenia różnorodności biologicznej (genetycznej) w biosferze w ogóle, aw agroekosystemach w szczególności. Gwałtowne zawężenie różnorodności gatunkowej i genetycznej zmniejszyło nie tylko odporność produkcji roślinnej na kaprysy pogody i zmiany klimatu, ale także zdolność do bardziej efektywnego wykorzystania energii słonecznej i innych niewyczerpanych zasobów naturalnych (węgiel, tlen, wodór, azot i inne pierwiastki biofilne), które, jak wiadomo, stanowią 90-95% suchej masy fitomasy. Ponadto prowadzi to do zaniku genów i kombinacji genów, które mogłyby zostać wykorzystane w pracach hodowlanych przyszłości.

Jeden i ten sam obszar, podkreśla Ch.Darwin (1859), może zapewnić im więcej życia, tym bardziej różnorodne formy go zamieszkujące. Każdy gatunek rośliny uprawnej, w związku z jej ewolucyjną historią i specyficzną pracą hodowcy, charakteryzuje się własnym „paszportem agroekologicznym”, tj. ograniczenie wielkości i jakości plonu do określonej kombinacji temperatury, wilgotności, oświetlenia, zawartości mineralnych składników odżywczych, a także ich nierównomiernego rozmieszczenia w czasie i przestrzeni. Zmniejszenie różnorodności biologicznej w agrokrajobrazach ogranicza zatem m.in. możliwość zróżnicowanego wykorzystania zasobów środowiska przyrodniczego, a w konsekwencji realizacji zróżnicowanej renty gruntowej typu I i II. Jednocześnie osłabieniu ulega również stabilność ekologiczna agroekosystemów, zwłaszcza w niesprzyjających warunkach glebowych, klimatycznych i pogodowych.

Znana jest skala katastrofy spowodowanej pokonaniem ziemniaków przez fitofthora i nicienie, katastrofalne straty pszenicy z powodu rdzy, kukurydzy z powodu epifitii helminthosporiasis, niszczenie plantacji trzciny cukrowej przez wirusy itp.

O gwałtownym spadku różnorodności genetycznej gatunków roślin uprawianych na początku XXI wieku wyraźnie świadczy fakt, że na 250 tysięcy gatunków roślin kwitnących w ciągu ostatnich 10 tysięcy lat człowiek wprowadził do kultury 5-7 tysięcy gatunków , z których tylko 20 kultur (z których 14 należy do zbóż i roślin strączkowych) stanowi podstawę nowoczesnej diety ludności świata. Ogólnie rzecz biorąc, do chwili obecnej około 60% żywności powstaje dzięki uprawie kilku roślin zbożowych, a ponad 90% potrzeb żywnościowych człowieka zaspokaja 15 gatunków roślin rolniczych i 8 gatunków udomowionych zwierząt. Tak więc z 1940 mln ton produkcji zbóż prawie 98% przypada na pszenicę (589 mln ton), ryż (563 mln ton), kukurydzę (604 mln ton) i jęczmień (138 mln ton). Spośród 22 znanych gatunków ryżu (rodzaj Oryza) tylko dwa są powszechnie uprawiane (Oryza glaberrima i O. sativa). Podobna sytuacja ma miejsce z roślinami strączkowymi, których produkcja brutto 25 najważniejszych gatunków wynosi tylko ok. 200 mln t. Większość z nich to soja i orzeszki ziemne, uprawiane głównie jako nasiona oleiste. Z tego powodu różnorodność związków organicznych w diecie człowieka znacznie się zmniejszyła. Można przypuszczać, że dla Homo sapiens, jako jednego z gatunków biologicznych, w ewolucyjnej „pamięci” odnotowywana jest potrzeba dużej biochemicznej zmienności pożywienia. Dlatego tendencja do zwiększania jej monotonii może mieć najbardziej negatywne konsekwencje dla zdrowia. W związku z powszechnym rozprzestrzenianiem się chorób onkologicznych, miażdżycy, depresji i innych schorzeń zwraca się uwagę na brak witamin, substancji tonizujących, tłuszczów wielonienasyconych i innych substancji biologicznie cennych.

Oczywiście ważnym czynnikiem w rozpowszechnianiu wartościowej kultury jest skala jej wykorzystania. Tak więc szybki wzrost powierzchni soi i kukurydzy w Stanach Zjednoczonych i innych krajach jest spowodowany produkcją setek sztuk odpowiednich produktów. Zadanie dywersyfikacji jest również bardzo istotne w przypadku innych upraw (na przykład wyprodukowano wysokiej jakości piwo z sorgo, whisky z żyta itp.).

Większa uwaga w zakresie rozwiązywania powiązanych ze sobą problemów zdrowej żywności i zwiększania różnorodności gatunkowej agroekosystemów zasługuje na zwiększenie powierzchni pod uprawami tak cennych roślin jak gryka (Fagopyrum), która ma duże możliwości adaptacyjne w różnych, w tym niesprzyjających warunkach środowiskowych, amarant (Amaranthus), quinoa (Chenopodium quinoa), rzepak, gorczyca, a nawet ziemniaki.

Wraz z rozwojem odkryć geograficznych i handlu światowego rozpowszechniło się również wprowadzanie nowych gatunków roślin. Zabytki pisane świadczą na przykład o tym, że już w 1500 roku p.n.e. Egipski faraon Hatszepsut wysłał statki do Afryki Wschodniej w celu zbierania roślin używanych podczas ceremonii religijnych. W Japonii znajduje się pomnik Taji Mamori, który z rozkazu cesarza udał się do Chin, aby zbierać rośliny cytrusowe. Rolnictwo odegrało szczególną rolę w mobilizacji zasobów genetycznych roślin. Z historii Stanów Zjednoczonych wiadomo, że już w 1897 roku Niels Hansen przybył na Syberię w poszukiwaniu lucerny i innych roślin pastewnych, które z powodzeniem mogłyby rosnąć w suchych i zimnych warunkach prerii Ameryki Północnej. Uważa się, że w tym czasie z Rosji wprowadzono do Stanów Zjednoczonych tak ważne uprawy paszowe, jak stokłosa, świnia, kostrzewa, kupkówka pospolita, biała wygięta trawa, lucerna, koniczyna i wiele innych. Mniej więcej w tym samym czasie Mark Carleton zbierał odmiany pszenicy w Rosji, z których odmiana Charków zajmowała przez długi czas ponad 21 milionów akrów rocznie w Stanach Zjednoczonych i stała się podstawą produkcji pszenicy durum w strefie Północnych Równin (Zhuchenko , 2004).

Wprowadzanie nowych gatunków roślin do kultury trwa do chwili obecnej. W peruwiańskich Andach odkryto odmianę łubinu (tarwi), zjadaną przez przodków współczesnych Indian, która pod względem zawartości białka przewyższa nawet soję. Ponadto tarvi jest odporny na niskie temperatury, niewymagający żyzności gleby. Hodowcy zdołali uzyskać formy tarwi zawierające mniej niż 0,025% alkaloidów w porównaniu z 3,3% w pierwotnym materiale. Inne gatunki o wartości ekonomicznej to trawa australijska (Echinochloa lurnerana), która może być doskonałą uprawą zbóż dorównującą prosa na bardzo suchych obszarach. Wśród obiecujących upraw na uwagę zasługuje gatunek Bauhinia esculenta, który podobnie jak Psophocarpus tetragonolobus tworzy bulwy, a jego nasiona zawierają ponad 30% białka i tłuszczu. W bardzo suchych warunkach można zastosować Voandzeia subterranea, która jest nie tylko bogata w białko, ale także bardziej odporna na suszę niż orzeszki ziemne i lepiej odporna na choroby i szkodniki. Na suchych i nieurodzajnych terenach oleistych za obiecującą uważa się Cucurbita foetidissima z rodziny Cucurbitaceae, a na słonych pastwiskach niektóre gatunki z rodzaju Atriplex z rodziny Chenopodiaceae, które wydzielają nadmiar soli przez liście, są uważane za obiecujące.

Obecnie w wielu krajach świata trwają aktywne prace hodowlane z amarantusem (Amaranthus), zapomnianą kulturą Inków, której nasiona zawierają dwa razy więcej białka w porównaniu z używanymi gatunkami roślin zbożowych, w tym 2-3 razy więcej lizyny i metionina, 2-4 razy więcej tłuszczu i tak dalej. Stwierdzono, że linie kukurydzy, ze względu na obecność bakterii Spirillum lipoferum na swoich korzeniach, wiążą azot atmosferyczny w takiej samej ilości jak rośliny soi. Stwierdzono, że bakterie wiążące azot działają również na korzeniach szeregu gatunków traw tropikalnych, asymilując azot nie mniej aktywnie niż bakterie z rodzaju Rhizobium w roślinach strączkowych. Tak więc udało się znaleźć gatunki traw tropikalnych, które potrafią wiązać do 1,7 kg azotu dziennie na 1 ha, tj. 620 kg/rok.

W wielu krajach, w tym w krajach europejskich, ziemniaki są głównym źródłem witaminy C, ponieważ są spożywane w dużych ilościach. Wiadomo, że produkcja ziemniaków na świecie wynosi około 300 milionów ton.

Jednocześnie na 154 znane gatunki ziemniaka rozpowszechnił się tylko jeden, Solanum tuberosum. Oczywiście w związku ze zwiększonymi możliwościami hodowli w celu zwiększenia potencjalnej produktywności roślin, a także koniecznością zwiększenia zrównoważenia środowiskowego agrocenoz i zagospodarowaniem terenów nienadających się do produkcji roślinnej, skala działalności człowieka w celu wprowadzenia nowych gatunków roślin do uprawy znacznie wzrośnie. Ostatecznie „nieświadoma” (termin Darwina) i świadoma selekcja doprowadziły do ​​tego, że potencjał adaptacyjny roślin uprawnych różni się znacznie od ich dzikich przodków, nie tylko ze względu na różnice w samych kryteriach adaptacyjności, ale także pod względem jego głównych składniki: produktywność potencjalna, odporność na stresy abiotyczne i biotyczne, zawartość substancji cennych gospodarczo.

Wraz z zachowaniem roślinnej puli genowej w rezerwatach przyrody, rezerwatach przyrody i ekoparkach narodowych, tj. W nadchodzącym okresie coraz większą rolę będzie odgrywać tworzenie „banków genów” lub „banków plazmy zarodkowej” w celu zapewnienia bezpiecznej ochrony kolekcji ex situ. Inicjatorem organizacji tego ostatniego był N.I. Wawiłow, który zgromadził w WIR największy w tamtym czasie bank surowców roślinnych na świecie, który służył jako wzór i podstawa dla wszystkich kolejnych banków, a co najważniejsze, niejednokrotnie uratował wiele krajów przed dewastacją i głodem (np. , ze względu na obecność genów odporności w banku genów VIR).

Dzięki kontynuacji ideologii N.I. Wawiłow do końca lat 90. w krajowych i międzynarodowych kolekcjach roślinnych było ponad 6 mln próbek, w tym ponad 1,2 mln zbóż, 400 tys. roślin strączkowych spożywczych, 215 tys. Jednocześnie 32% próbek jest przechowywanych w Europie, 25% - w Azji, 12% - w Ameryce Północnej, 10% - w Ameryce Łacińskiej i Centrach Międzynarodowych, 6% - w Afryce, 5% - na Bliskim Wschodzie .

Największe próby zbiorów genetycznych pod względem ilościowym i jakościowym posiadają USA (550 tys.), Chiny (440 tys.), Indie (345 tys.) i Rosja (320 tys.). Wraz z zachowaniem zasobów roślinnych w bankach genów, coraz powszechniejsze staje się tworzenie naturalnych rezerw flory i fauny. Dzięki gwałtownie zwiększonej integracji światowego rynku żywności znacząco wzrosła również wymiana zasobów genetycznych roślin między krajami. Procesy te opierają się na zrozumieniu, że żaden kraj ani region nie jest samowystarczalny w zakresie dostarczania zasobów genetycznych. Stworzenie narodowych ogrodów botanicznych w wielu krajach w znacznym stopniu przyczyniło się do mobilizacji zasobów genetycznych. Wśród nich na przykład ogród botaniczny, utworzony w Londynie w 1760 roku i stale sprowadzający egzotyczne gatunki roślin z krajów kolonialnych.

Obecnie Międzynarodowa Rada ds. Zasobów Genetycznych Roślin (IBPGR) koordynuje prace nad zachowaniem puli genowej roślin na świecie. Od 1980 roku realizowany jest europejski program współpracy w dziedzinie zasobów genetycznych. Ważną rolę odgrywa w tym również Komisja FAO ds. Roślinnych Zasobów Genetycznych, decyzje konferencji międzynarodowych oraz Konwencja o różnorodności biologicznej przyjęta w 1992 roku. Jednocześnie funkcjonują różne banki genów. Niektóre z nich obsługują tylko jedną uprawę i jej dzikich krewnych, inne - kilka upraw pewnej strefy glebowo-klimatycznej; jeśli niektóre zawierają podstawowe kolekcje długoterminowego przechowywania, inne nastawione są na zaspokojenie potrzeb ośrodków hodowlanych i instytucji badawczych. Tak więc bank genów w Kew Gardens (Anglia) przechowuje wyłącznie dzikie rośliny (około 5000 gatunków).

Adaptacyjna strategia intensyfikacji rolnictwa stawia jakościowo nowe wymagania mobilizacji światowych zasobów roślinnych w zakresie gromadzenia, przechowywania i wykorzystania puli genów, w tym wprowadzania do uprawy nowych gatunków roślin. Obecnie na świecie, w tym w Europie, grozi ponad 25 tys. gatunków roślin wyższych – co trzeci na 11,5 tys. gatunków. Wiele prymitywnych form pszenicy, jęczmienia, żyta, soczewicy i innych upraw zostało już bezpowrotnie utraconych. Szczególnie szybko zanikają lokalne odmiany i gatunki chwastów. Tak więc, jeśli w Chinach i Indiach na początku lat 50-tych. XX wiek Użyto tysięcy odmian pszenicy, wtedy już w latach 70-tych – tylko kilkadziesiąt. Jednocześnie każdy gatunek, ekotyp, odmiana lokalna jest unikalnym kompleksem koadaptowanych bloków genowych powstałych podczas długiej selekcji naturalnej lub sztucznej, co ostatecznie zapewnia najbardziej efektywne wykorzystanie zasobów naturalnych i antropogenicznych w określonej niszy ekologicznej.

Zrozumienie retrospektywnego charakteru ewolucyjnej „pamięci” roślin wyższych wyraźnie wskazuje na potrzebę zachowania różnorodności gatunkowej flory nie tylko w bankach genów i ośrodkach zasobów genowych, ale także w warunkach naturalnych, tj. w stanie stale ewoluującego systemu dynamicznego. Jednocześnie na znacznie większą uwagę zasługuje tworzenie kolekcji genetycznych systemów genetycznych do transformacji informacji genetycznej, w tym systemów res, mutantów mei, genów gametocydalnych, struktur poliploidalnych, różnych typów systemów rekombinacyjnych, systemów izolacji reprodukcyjnej itp. Oczywiste jest, że mogą one być niezbędne do selekcji rozwojowej przyszłości z wykorzystaniem technologii inżynierii genetycznej. Ważna jest również identyfikacja i zachowanie genetycznych uwarunkowań powstawania stabilnych układów homeostatycznych, reakcji synergicznych, kumulacyjnych, kompensacyjnych i innych, które zapewniają „bufor” ekologiczny i dynamiczną równowagę środowiska biocenotycznego. Większą uwagę należy zwrócić na takie uwarunkowane genetycznie cechy roślin, jak konkurencyjność, interakcje allelopatyczne i symbiotyczne oraz inne efekty środowiskowe realizowane na poziomie biocenotycznym. Szczególną uwagę należy zwrócić na gatunki roślin o konstytutywnej odporności na stresory środowiskowe. Wiadomo, że w drugiej połowie XX wieku. w wielu krajach obszar pod tego typu uprawy znacznie się zwiększył (czasami 60-80 razy).

Obecnie na świecie istnieje ponad 1460 krajowych banków genów, w tym około 300 dużych, które zapewniają gwarantowane przechowywanie próbek roślin uprawnych i ich dzikich krewnych w warunkach ex situ. Kolekcje ex situ prowadzą również ogrody botaniczne, których na świecie jest ok. 2 tys. (ok. 80 tys. gatunków roślin, 4 mln okazów i 600 banków nasion). Ich obecność jest znakiem suwerenności narodowej, poziomu kultury, troski o przyszłość kraju i świata. Do 2002 r. ponad 532 000 okazów roślin zostało zachowanych w międzynarodowych ośrodkach pod kontrolą grupy doradczej FDO, z czego 73% należy do tradycyjnych i lokalnych ras, a także dzikich krewnych roślin uprawnych. Jak wskazuje Dleksanyan (2003), należy dokonać rozróżnienia między pojęciami „banku genów” i „kolekcji ex silu”. Jeśli pierwszym jest gwarantowane przechowywanie puli genów w specjalnie wyposażonych obiektach, wówczas „kolekcje ex situ” obejmują akcesje, które są interesujące dla ich posiadaczy.

Na początku lat 50-tych. W XX wieku pierwszą półkarłowatą odmianę ryżu uzyskano przy użyciu genu karłowatości chińskiej odmiany Fee-geo-woo, a odmiana pszenicy Gaines na nawadnianych terenach północno-zachodniego Pacyfiku w Stanach Zjednoczonych dała rekordowe plony 141 szt./ha. W 1966 roku powstała odmiana IR 8, która otrzymała przydomek „cudowny ryż”. Przy wysokiej technologii rolniczej odmiany te wytwarzały 80, a nawet 130 q/ha. Podobne wyniki uzyskano dla prosa. Jeśli wskaźnik plonu dla starych odmian wynosił 30-40%, to dla nowych odmian wynosił 50-60% i więcej.

Dalsze możliwości zwiększenia plonów poprzez zwiększenie wskaźnika plonów są ograniczone. Dlatego znacznie więcej uwagi należy poświęcić zwiększeniu wartości fotosyntezy netto. Konieczne jest skupienie się na szerokiej różnorodności gatunkowej i odmianowej agroekosystemów i agrokrajobrazów w uprawie polowej, wraz z doborem upraw ubezpieczeniowych, a także wzajemnie ubezpieczonych upraw i odmian oraz zróżnicowane podejście do wykorzystania potencjału adaptacyjnego każdego z nich. z nich. Wysoka potencjalna produktywność odmiany i agroekosystemu, osiągnięta (a czasami dzięki) zmniejszeniu ich odporności ekologicznej na czynniki środowiskowe ograniczające wielkość i jakość plonu, a także funkcjonowanie nadmiernie energochłonnej stabilności ekologicznej, nie może należy uznać za adaptacyjne, ponieważ w przypadku roślin uprawnych głównym wskaźnikiem zdolności adaptacyjnych na dłuższą metę jest zapewnienie wysokiej wielkości i jakości plonu. Pule genów zgromadzone w bankach genów mogą być źródłem naukowej hodowli w celu stworzenia niezbędnych odmian.

Należy podkreślić, że w światowych bankach genów roślin uprawnych zebrano miliony próbek, ale dotychczas tylko 1% z nich zostało przebadanych pod kątem ich potencjalnych właściwości (Zhuchenko, 2004). Jednocześnie kontrola i doskonalenie ich komponentu genetycznego – puli genowej gatunków rolniczych, która determinuje charakterystykę lokalnych agrosystemów, ma ogromne znaczenie dla tworzenia zrównoważonych agrosystemów.