Производство биопрепаратов: будущее за водорослями!
Большое количество терапевтических белков, в том числе ряд средств для лечения опухолей, рассеянного склероза и диабета, производится с помощью культур бактерий, дрожжей или клеток млекопитающих. Однако такие методы производства во многих случаях очень дороги, так как для поддержания жизнеспособности клеточных линий требуется большое количество питательных веществ, а создание и обслуживание стерильных биореакторов требует значительных энерготрат и финансовых вложений. Исследователи университета Калифорнии в Сан-Диего, работающие под руководством Стивена Мэйфилда (Stephen Mayfield), считают, что быстро размножающиеся и неприхотливые зеленые водоросли, для поддержания жизнедеятельности которых достаточно солнечного света, бедной среды и содержащегося в воздухе углекислого газа, являются оптимальной с финансовой точки зрения альтернативой.
В статье «Production of therapeutic proteins in algae, analysis of expression of seven human proteins in the chloroplast of Chlamydomonas reinhardtii», опубликованной 7 марта в предварительной on-line версии Plant Biotechnology Journal, исследователи описывают эксперименты, в рамках которых они встраивали в геном зеленой водоросли хламидомонады гены, обеспечивающие продукцию семи различных терапевтических белков, в том числе интерферона, используемого для лечения рассеянного склероза, и проинсулина, применяемого в терапии диабета. В настоящее время тестируемые препараты производят с помощью дрожжей, бактерий и клеток млекопитающих.
Генетически модифицированные водоросли обеспечивали продукцию четырех из семи протестированных терапевтических белков в количествах, достаточных для коммерческого использования. При этом форма синтезируемых белков, а также легкость их выделения и очистки не отличались от соответствующих параметров, обеспечиваемых традиционными системами синтеза.
Производство одного грамма сложных белков, таких как препарат для лечения рассеянного склероза Тисабри (Tysabri) с помощью линий клеток млекопитающих в настоящее время обходится как минимум в 150 долларов США. (Эта цифра приблизительна, так как компании предпочитают не разглашать подобную информацию.) Мэйфилд утверждает, что использование водорослей может уменьшить эту цифру практически до пяти центов.
Более того, затраты на создание завода для производства терапевтического белка с помощью клеток млекопитающих могут достигать 600 миллионов долларов США. Эта цифра просто чудовищна, особенно учитывая то, что проводимые после создания производства клинические исследования, также требующие больших денежных затрат, могут окончиться провалом. С этой точки зрения использование водорослей также выглядит весьма привлекательной перспективой.
В отличие от бактерий, водоросли успешно справляются со сворачиванием аминокислотных цепочек сложных белков. В действительности даже клетки млекопитающих в ряде случаев неправильно формируют белковые молекулы, которые впоследствии приходится подвергать дополнительной обработке.
В более ранней работе авторы продемонстрировали способность водорослей производить человеческие моноклональные антитела – сложные белки, в настоящее время получаемые с помощью клеток млекопитающих и являющиеся наиболее дорогими, но и наиболее эффективными из существующих средствами для лечения онкологических заболеваний. На сегодняшний день около 100 таких антител уже применяются или находятся на стадии клинических исследований. Однако стоимость курса лечения самыми дешевыми препаратами этого класса составляет около 10 000 долларов США.
Специалисты отмечают, что, в ряде случаев нет смысла менять проверенные, эффективно работающие системы синтеза препаратов. По крайней мере, системы по производству простых белков, синтезируемых бактериями и дрожжами, поддержание работы которых не требует больших финансовых затрат. Однако чрезвычайная выгодность водорослей по сравнению с линиями клеток млекопитающих очевидна.
В отличие от млекопитающих, водоросли не способны гликозилировать белковые молекулы, то есть прикреплять к ним полисахаридные цепочки, без которых они не оказывают должного эффекта на организм человека. Однако Мэйфилд считает, что со временем ему удастся решить и этот вопрос. На сегодняшний день он экспериментирует с белками, не требующими гликозилирования, а в будущем планирует внести в геном водорослей модификации, которые позволят им гликозилировать белковые молекулы человеческими полисахаридами. Нечто подобно специалистам ранее удалось проделать с дрожжами.
Мэйфилд заявляет, что к концу этого года он надеется провести тестирование синтезируемых водорослями белков на животных. Он также отметил, что исследователи из развивающихся стран, таких как Китай и Индия, чрезвычайно заинтересованы в предлагаемой им технологии и с нетерпением ждут результатов.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам TechnologyReview: Drug Production Gets Aquatic.
22.03.2010