Генно-инженерные (генетически модифицированные) микроорганизмы-продуценты

Коммерциализация

Конечной целью любых разработок в области молекулярной биотехнологии является создание коммерческого продукта. Историю промышленного применения генно-модифицированных организмов можно начать с успеха компании Genentech (США) в 1980 г. на фондовой бирже, а именно, за один день торгов цены на ее акции поднялись в 2.5 раза. Цены на акции компании рекордно подскочили. Компания Genentech была первой, которой удалось выделить ген человеческого инсулина, ввести его в геном Escherichia coli и заставить клетки бактерии производить инсулин. После процедур очистки бактериальный инсулин применялся для лечения диабета в тех случаях, когда у больных была аллергия на свиной инсулин. Успех компании Genentech был своего рода оценкой потенциала, заложенного в технологии рекомбинантных ДНК. После успеха Genentech, в начале 1980-х годов в США было создано около 200 мелких биотехнологических компаний. К 1985 г. в США их стало более 400, и многие из них включили в свое название слово «ген», обозначив своего рода принадлежность к генному «цеху». К концу 1990-х годов в США было уже 1500 биотехнологических компаний, и более 3000 во всем мире. К 1995 г. в странах Европы было создано более 600 биотехнологических компаний. Кроме того, можно назвать крупные химические и фармацевтические компании, сделавшие вклад в развитие биотехнологии с использованием генно-инженерных объектов, например, Monsanto, Merck. Относительно недавно появились компании, которые выпускают полученные генно-инженерными методами антитела, предназначенные для лечения инфекционных заболеваний и рака.

Большая часть коммерческих разработок в области молекулярной биотехнологии приходится на США. Правительство Японии объявило биотехнологию национальным приоритетом и «стратегической индустрией», и здесь также развиваются крупные б/т корпорации. В странах с менее успешной экономикой инвестором биотехнологической отрасли служит государство.

Бактерии. Генетически модифицированные бактерии, применяемые в б/т (примеры): Bacillus subtilis, B. thuringiensis, Corynebacterium glutamicum, Erwinia herbicola, Xanthomonas campestris. С точки зрения генной инженерии микроорганизмы разделяются на продуценты (чужеродных белков) и источники специфических генов (во втором случае – Thermus aquaticus).

Примеры б/т производств, основанных на генно-модифицир. МО:

производство L-аскорбиновой кислоты с помощью Erwinia herbicola;

синтез красителя индиго с помощью E. coli.

Грибы. Поскольку не все эукариотические белки, синтезируемые в трансформированных клетках бактерий, в дальнейшем могут быть использованы без дополнительной модификации (нередко они нестабильны или биологически неактивны), полноценные эукариотические белки удобнее получать в эукариотических клетках – дрожжах. В клетках эукариот белки после трансляции претерпевают еще ряд важных изменений, дающих им конечную структуру и стабильность: образование дисульфидных связей, отщепление полипептидов при созревании белка, гликозилирование, модификация аминокислот. Тем не менее, чтобы добиться всех модификаций чужеродного белка in vivo, необходим подбор подходящего продуцента.

Первым грибом, на котором были проведены эксперименты по транформации, были пекарские дрожжи. Sacch. cerevisiae - очень востребованный микроорганизм. Ежегодно в мире используется более 1 млн. тонн гриба. Примеры рекомбинантных белков, производимых клетками S. cerevisiae на биотехнологических предприятиях: лек. препараты - инсулин, фактор роста эпидермиса, тромбоцитарный фактор роста, проинсулин, фактор роста фибробластов; диагностический белок вируса гепатита C; вакцина против вируса гепатита B.

Другие виды дрожжей, исп. для получения чужеродных белков (примеры): Kluyveromyces lactis, Schizosaccharomyces pombe, Pichia pastoris, Hansenula polymorpha. Два последних вида – наиболее эффективные продуценты эукар. белков. Pichia pastoris используется для синтеза антигена вируса гепатита B и бычьего лизоцима C2 (кормовая добавка для улучшения пищеварения жвачных животных).

Генетически модифицированные мицелиальные грибы, исп. в биотехнологии (примеры): Acremonium chrysogenum, Trichoderma reesei.

Объектами для внедрения чужеродных генов ныне являются: вирусы (для создания противовирусных вакцин), бактерии, грибы (дрожжеподобные и мицелиальные), растения, млекопитающие в виде целых организмов, а также клеточные линии растений, насекомых, млекопитающих. Преимущественными объектами молекулярной биотехнологии, как продуценты белков, кодируемых введенными (клонированными) генами, служат Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae.