Миллиарды фармзаводов
Более века назад, 27 июля 1921 года, канадский врач Фредерик Бантинг сообщил о выделении инсулина — гормона поджелудочной железы. Открытие подарило надежду миллионам больных диабетом 1-го типа, однако только революционные технологии генетической модификации организмов сделали этот гормон и десятки других лекарств повсеместно доступными.
Исправляем плохую наследственность
Инсулин критически важен для усвоения сахаров в нашем организме. Этот гормон позволяет клеткам потреблять глюкозу из крови и затем использовать ее в качестве источника энергии. Однако при диабете 1-го типа поджелудочная железа не вырабатывает инсулин и клетки просто не могут усваивать глюкозу, которой наполнена кровь.
Фредерик Бантинг смог выделить инсулин из поджелудочных желез животных и тем самым сделал один из первых гормональных препаратов. Но из-за дороговизны сырья и процесса далеко не все диабетики могли позволить себе лечение, хотя спрос был огромным: в 1970-х США оценивали, что для поддержания только собственных пациентов вскоре потребуются селезенки более 50 миллионов коров в год. С развитием генной инженерии появилась идея: почему бы не заставить бактерии синтезировать те вещества, которые человек не может выработать сам?
Американская компания Genentech занялась этим вопросом, и в 1978 году ее сотрудники при поддержке благотворительной организации City of Hope смогли клонировать ген человеческого инсулина и встроить в кишечную палочку (лат. Escherichia coli). Полученный штамм (группа микроорганизмов) был способен производить инсулин в огромных масштабах. Уже в 1982 году фармкомпания Eli Lilly выпустила на рынок первый препарат с рекомбинантным (то есть полученным от микроорганизмов) гормоном — Humulin.
Упаковка Humulin. Источник: сайт Национального музея истории США
Инсулин — это первый и самый известный гормон, полученный таким образом. Однако существует много других препаратов, которые также спасают тысячи людей и делают их жизнь комфортнее. Часто гормональные препараты используют для лечения наследственных заболеваний, связанных с недостаточной выработкой искомого гормона в организме. Например, у некоторых детей наблюдается недостаток соматотропина — гормона роста.
До появления рекомбинантных препаратов его выделяли из гипофизов трупов, что было не только дорого, но и рискованно для пациентов, которые могли заразиться вирусами и прионами (инфекционными белками). В Genentech начали работать и над соматотропином, хотя молекула этого белка была в четыре раза больше инсулина, поэтому участок гена, кодирующий гормон, тоже был в четыре раза длиннее. В 1970-х годах собирать длинные цепочки ДНК было технологически трудно, поэтому инженеры использовали человеческую комплементарную цепочку ДНК, чтобы получить необходимую последовательность. Это как если бы скульптор не стал высекать бюст из камня, а сделал бы слепок с лица модели.
Работа была успешно закончена в 1979 году, препарат Protropin изготовили к 1981 году, а в 1985 году лекарство было одобрено для клинического использования. Сейчас этот препарат не используется уже 20 лет: пациентам вводят новые более эффективные формы рекомбинантного соматотропина.
Огонь по своим
Антибактериальные препараты, как бы это странно ни звучало, также производятся в процессе культивирования бактерий. Только штаммы, синтезирующие нужные вещества, обнаруживают в природе, а не получают в результате генной инженерии, как в случае с гормонами.
Один из самых крупных «поставщиков» лекарств — род Streptomyces, штаммы которого производят множество проверенных и новых антибиотиков. Одним из первых препаратов, чье производство поставили на поток, был антибиотик, названный по роду бактерий стрептомицин.
История его открытия классическая: 1940-е годы были временем массового поиска бактерий, которые могли подавлять рост патогенов (болезнетворных микроорганизмов). В США в лаборатории Сельмана Ваксмана аспирант Альберт Шац обнаружил, что штамм Streptomyces griseus производил неизвестный антибиотик. Открытие заинтересовало партнера — фармкомпанию Merck & Co., которая уже через три года наладила выпуск препарата.
Альберт Шац (слева) и Сельман Ваксман (справа) за работой. Источник: сайт Университета Ратгерса, где работали ученые.
Бактерию Streptomyces griseus обнаружили в почве, как и многие другие полезные штаммы. Исследователи полагали, что активная микрофлора в земле постоянно конкурирует внутри себя, поэтому неизбежно некоторые организмы должны были приобрести «химическое оружие» против соплеменников.
В начале 1950-х аналогичная ситуация произошла и при открытии эритромицина, который активно используют и сегодня. Филиппинский ученый Абелардо Агилар, работавший под патронажем уже известной Eli Lilly, обнаружил нового производителя антибиотиков в почве с тропического острова Панай в центре Филиппин. Снова новый препарат родился очень быстро: в 1952 году Ilotycin появился в продаже.
Современная промышленность продолжает получать новые вещества с помощью бактериальных и грибковых культур. Один из трендов последних лет — антимикробные пептиды. Это короткие белки, которые работают как традиционные антибиотики, но по совершенно другим механизмам, к которым бактерии еще не приспособились. Но какое бы это вещество ни было, в перспективе оно может стать доступно всем пациентам благодаря миллионам одноклеточных фармзаводов, которые мы приручили.
Фото на обложке: unsplash.com
