БИОЛОГИЯ Том 3 - руководство по общей биологии - 2004

25. ПРИКЛАДНАЯ ГЕНЕТИКА

25.5. Трансгенные животные

25.5.2. Белковые препараты медицинского назначения, получаемые из молока

Одно из наиболее перспективных направлений генной инженерии — «выращивание лекарств на ферме», т. е. получение относительно больших количеств редких и дорогих белков, применяемых в медицине, из молока трансгенных коров или овец. Дело в том, что не все лекарственные препараты можно получить с помощью бактерий тем способом, который описан для инсулина и гормона роста человека. Во многих случаях для экспрессии белка необходима очень точная его укладка или модификация с использованием аппарата, имеющегося только в клетках млекопитающих. Так, к некоторым аминокислотам белка фактора IX уже после его синтеза должна добавляться группа —СООН. Крупномасштабное культивирование клеток, продуцирующих эти белки, теоретически возможно, однако оно потребует больших затрат и технически трудно выполнимо.

На сегодняшний день наиболее удачный подход к получению таких белков — использование молока трансгенных животных. Этот подход с большим коммерческим успехом используется

компанией «PPL Pharmaceuticals», основанной в 1987 г. в Эдинбурге для производства ААТ (а-1 -ан- титрипсина). Компании принадлежат стада овец, каждое из которых производит свой белок. Первым животным, вырабатывающим ААТ, была трансгенная овца Трейси, В настоящее время она сама уже не используется для получения белка, но ее потомки несут нужный ген, так что со временем можно будет создать целые стада трансгенных овец (рис. 25.17). Трансгенные животные по внешнему виду и физиологическим параметрам не отличаются от нормальных особей.

Рис. 25.17. Трансгенные овцы, ожидающие доения. В их ДНК встроен ген человека, ответственный за образование белка α-1-антитрипсина. Он образуется в клетках молочных желез и поступает в молоко овцы.

ААТ — это белок, содержащийся в крови человека. Мутация в гене, кодирующем этот белок, приводит к неингибируемой активности эластазы и в конечном итоге к эмфиземе легких (разд. 9.7.3). Эластаза — это фермент, который вырабатывается некоторыми типами лейкоцитов и разрушает старые, потерявшие свою эластичность волокна, что обеспечивает обновление эластичной ткани в легких. В норме активность эластазы регулируется ААТ, который служит ингибитором фермента. (Считается, что курение ингибирует ААТ, и потому тоже приводит к эмфиземе.) ААТ образуется в печени и может быть выделен из крови, однако обеспечить всех нуждающихся в этом препарате больных, получая его из донорской крови, невозможно. В настоящее время ген, кодирующий ААТ, встроен в геном овцы, и экспрессия гена осуществляется в ее молочных железах. Использование для промышленного получения ААТ трансгенных овец, а не коров, объясняется тем, что время генерации у них меньше, а содержание обходится дешевле.

Ген, кодирующий ААТ, характеризуется высокой степенью экспрессии, т. е. большую часть времени он находится во включенном состоянии. В результате на долю ААТ приходится около 50% общего количества белка, присутствующего в молоке (рис. 25.18). В клетках овцы происходит правильная модификация белка, которая состоит в том, что к нему добавляется сахар и образуется гликопротеин. Процедура получения ААТ представлена на рис. 25.19.

Рис. 25.18. Гель-электрофорез белков молока овцы 1 - обычное молоко; 2 - молоко от трансгенной овцы; видна новая полоса, соответствующая ЛАТ.

Рис. 25.19. Процедура получения трансгенной овцы, несущей ген человека, например ген, кодирующий ААТ.

Поскольку все клетки овцы содержат ген ААТ, возникает вопрос, благодаря какому механизму ААТ образуется только в клетках молочной железы? Ответ заключается в следующем: благодаря механизму регуляции. Каждая клетка организма содержит полный генетический код, поэтому каждая клетка организма (неважно, женского или мужского пола) несет гены белков молока. Однако, для того чтобы этот ген экспрессировался, необходимо чтобы был включен его промотор — (участок ДНК, прилегающий к нему). При клонировании гена ААТ он был соединен с промотором, относящимся к системе генов β-лакгоглобулина, т. е. ген ААТ был поставлен под контроль промотора, включающего гены β-лактоглобулина — белка, концентрация которого в молоке очень высока.

В настоящее время ААТ, полученный с помощью генной инженерии, проходит клинические испытания. Ожидается, что данный препарат поступит в продажу в ближайшие годы.

Встраивание человеческого гена в геном овцы было использовано и при получении фактора IX — белка свертывания крови, отсутствие которого служит причиной одного из видов гемофилии (разд. 24.6.1). Такая же схема применялась в производстве препарата, разжижающего кровь (тканевого активатора плазминогена). Компания «PPL Pharmaceuticals» работает сейчас над получением «генноинженерного» фибриногена — главного белка системы свертывания крови, который имеет очень сложную вторичную и третичную структуру. Его предполагают использовать в качестве клея для соединения тканей после хирургических операций.