Вакцины – специально выращенные болезнетворные микроорганизмы, вирусы и их компоненты, которые после специальной обработки вводят в виде ослабленной или убитой культуры в организм человека и обеспечивают за счет этого создание у него иммунитета к данному заболеванию. С этого началась эпоха Луи Пастера, и по сей день вакцины – наиболее эффективное средство борьбы с инфекционными заболеваниями.

В настоящее время выпускают живые вакцины, содержащие ослабленные живые клетки возбудителей инфекционных болезней, к тому же генетически измененные. Другая группа вакцин – убитые, или инактивированные, клетки (гретые, формалиновые, ацетоновые или спиртовые). Третья группа – «химические» вакцины, представляющие собой антигены, тем или иным способом извлеченные из микробных клеток. Четвертая группа – это специальным образом обезвреженные токсины, выделяемые некоторыми возбудителями заболеваний в культуральную жидкость (например, дифтерийный, столбнячный, ботулиновый и другие токсины).

Антибиотики – это не просто вещества, которые действуют против болезнетворных микроорганизмов (например, йод не антибиотик), но это еще и вещества, получаемые с помощью микроорганизмов-продуцентов. В 1929 г. английский ученый Александр Флеминг обратил внимание на то, что вблизи плесени не растут многие болезнетворные микроорганизмы. Позднее было выделено вещество, синтезируемое плесенью, и названо оно пенициллином. Во время Второй мировой войны было начато его производство и применение для лечения раненых. Эффект превзошел все ожидания; по некоторым данным, только в 1940-е и 1950-е годы с помощью пенициллина было спасено от смерти более 15 миллионов человек.

Действительно, часто раненый погибает не от самой раны, а от гнойного воспаления. Например, известно, что рана, полученная Пушкиным на дуэли, сама по себе была не опасна. Но развилось воспаление – перитонит, что и привело к смертельному исходу. При нынешнем состоянии медицины с помощью антибиотиков Пушкина можно было бы вылечить.

Сразу же после открытия пенициллина начались поиски и других антибиотиков. Обычно антибиотик не действует на все подряд микроорганизмы, да это и нежелательно: ведь наряду с болезнетворными будут уничтожаться полезные микробы, которые всегда есть в человеческом организме. Поэтому должен быть набор различных антибиотиков, пригодных для разных болезней. Но есть и другая сторона: болезнетворные микроорганизмы постепенно «привыкают» к действию антибиотиков; возникают микробы, которые вызывают заболевание, но нечувствительны к «старому» антибиотику. Конечно, такое привыкание происходит не быстро – в течение 10–15 лет. Но раз это все-таки происходит, ученым необходимо искать все новые и новые антибиотики и продуцирующие их микроорганизмы.

Многие ученые в разных странах мира работают над этим. Сейчас существует уже более 3000 различных антибиотиков, все время ищут более продуктивные микроорганизмы для их биосинтеза и при этом достигают поразительных успехов.

Например, плесень Флеминга в военные годы давала активность по пенициллину не более 10 ед/мл. А современные штаммы микроорганизмов дают 50000 ед/мл того же пенициллина.

Интересно, что в США в послевоенные годы поисками микроорганизмов занимались не только ученые. Институты давали объявления в газеты с просьбой за вознаграждение приносить им разные образцы плесеней. Рассказывают, что в одном из городов этим занималась некая пожилая женщина по имени Мэри. Она по всему городу искала плесень в гнилых фруктах, овощах, испорченном хлебе. Ей даже дали прозвище «Заплесневелая Мэри». Так вот, именно она нашла родоначальника современных высокоактивных штаммов биосинтеза пенициллина в заплесневевшей гнилой дыне. Этот микроорганизм был назван Penicillium chrysogenum.

Витамины. Известно, что витамины сначала были открыты во фруктах и овощах, откуда их и получали. Потом были найдены микроорганизмы, синтезирующие витамины гораздо быстрее, чем растения. Однако поскольку молекулы витаминов относительно просты, химики научились их синтезировать. Сейчас за биотехнологией осталось производство витаминов В2 и B^ и один из процессов в преимущественно химическом производстве витамина С.

Инсулин. Около 2% населения земного шара страдает диабетом, и число больных все время возрастает. Диабетики практически не могут жить без ежедневных инъекций раствора специфического белка, который получают из поджелудочных желез свиней.

Мало того, что этих желез не хватает. У части больных к тому же возникает аллергия к чужеродному свиному белку. С помощью новой биотехнологии удалось «сконструировать» микроорганизмы, способные с большой скоростью синтезировать инсулин, да не свиной, а человеческий. Лекарство уже продается в США под торговой маркой «Хьюмулин».

Гормон роста. С давних времен среди людей нормального телосложения рождаются и лиллипуты (примерно 10 человек на 1 млн населения). Доказано, что в период, когда тело растет, у лилипутов отсутствует специальный гормон – «соматотропный», или гормон роста.

Такое нарушение физиологии имеется в генотипе у этих людей. Но если в это время в организм вводить гормон роста извне, то человек, казалось бы обреченный стать лилипутом, будет расти и станет нормальным человеком.

Соматотропный гормон можно добывать дорогим и неприятным способом – из гипофиза мозга умерших людей.

Новая биотехнология помогла «сконструировать» микроорганизм, способный синтезировать соматотропный гормон, и организовать его производство, которое может удовлетворить все потребности человечества.

Иммуномодуляторы. Физическое здоровье человека во многом определяется состоянием его иммунной системы (а не только, например, отсутствием болезнетворных микробов или наличием витаминов). Найдены средства (интерфероны и интерлейкины), которые стимулируют иммунную систему безотносительно к типу заболевания. Их получают из крови человека, на которую во все годы был большой дефицит, а теперь, в связи с угрозой СПИДа, в особенности. К счастью, биотехнологи создали микроорганизмы, синтезирующие интерфероны с высокой скоростью, так что эта проблема во всяком случае может быть решена, если вложить средства.

Иммунодепрессанты. Бывают случаи, когда требуется не стимулировать иммунную систему, а, наоборот, подавлять ее. Классический пример – пересадка органов: сердца, почек и других. Первые операции такого рода, несмотря на мастерство хирургов, заканчивались неудачно, так как чужеродный орган отторгался организмом. Сейчас после операций используют специальные вещества – иммунодепрессанты, многие из которых получают биотехнологическим путем. Пример – циклоспорин А. В результате больным удается «освоить» чужой орган и жить с ним полноценной жизнью.

Кровезаменители. Во многих случаях при операциях человеку неоходимо переливание крови. Как уже упоминалось, кровь – большой дефицит. В связи с этим созданы различные кровезаменители, например полиглюкин, которые синтезируют с помощью специальных микроорганизмов.

Стероидные гормоны. В детстве многие страдают диатезом, иногда возникает и более тяжелое заболевание – экзема. Для лечения этих болезней используют мази, основанные на стероидных гормонах, при получении которых применяют процесс биотрансформации.

Медицинские ферменты. С помощью биотехнологии получают ферменты, применяемые в медицине. Один из них – стрептоки- наза – помогает растворять тромбы в кровеносных сосудах и тем самым спасает людей от преждевременной смерти. Другой фермент – бета-галактозидаза – помогает усваивать молочный сахар (лактозу) тем людям, у которых по генетическим причинам такой фермент в организме не вырабатывается.

Фермент протеазу используют для очистки гнойных очагов, а также для лечения ожогов. L-аспарагиназу применяют для лечения рака: она лишает раковые клетки аминокислоты аспарагина; здоровым клеткам это не страшно – они сами синтезируют аспарагин.

Коферменты – это вещества, которые усиливают деятельность многих собственных ферментов в организме человека. Собственно говоря, многие витамины являются коферментами. Но есть и другие коферменты, также получаемые с помощью биотехнологии, которые используют для лечения сердечных и других заболеваний, например инозин, рибоксин, убихинон и др.

Медицинские аминокислоты. Известно, что белки состоят из аминокислот. Иногда заболевшего человека приходится «кормить» при помощи уколов. В этом случае вместо белкового питания дают смесь аминокислот, которую получают биотехнологическим путем – ферментативным расщеплением белка, или смесь аминокислот, каждую из которых получают специальным биосинтезом, когда аминокислота синтезируется особым штаммом микроорганизмов.

Используют аминокислотные смеси и для питания физкультурников, наращивающих мышечную массу. Это не допинг, так как аминокислоты образуются и естественным путем при ферментативном расщеплении белка в желудке человека.

Подсластители. Биотехнология позволяет получать препараты на основе аминокислот, которые в 200 раз слаще сахара (аспартам) и при этом сахаром не являются. Они очень подходят больным диабетом и людям, склонным к полноте, – это как бы безопасная сладость.

Женьшень. С давних времен были известны целебные свойства корня редкого растения женьшень, настойка из которого повышает тонус человека, снижает утомляемость, помогает преодолевать болезни. Мы уже упоминали, как биотехнология позволяет организовать производство этого лекарства путем культивирования изолированных клеток.

Биоразлагаемые полимеры. В хирургии применяют нити, которые позволяют сшить разрушенную ткань внутри организма человека и животного во время операции. Но необходимо, чтобы после того как шов заживет, сама эта нить разложилась и исчезла. Для этих целей использовали «кетгут», представляющий собой кишку ягненка длиной около 30 м. Эта вымытая, скрученная и высушенная кишка и есть хирургическая нить. Она не совсем хороша, так как представляет собой чужеродный белок и вызывает иммунное отторжение – в виде воспаления.

Биотехнология позволила создать биоразлагаемые полимеры в виде материала, напоминающего по свойствам полипропилен и способного к формированию нитей, штифтов для соединения костей, пленок и других необходимых компонентов. Такой материал называется полигидроксибутират и получают его путем выращивания специальных бактерий, больше половины объема которых занимают как бы комочки пластмассы (это видно под электронным микроскопом). Этот прекрасный материал можно использовать и для создания лекарств более длительного действия (они выделяются из гранул с полигидроксибутиратом по мере их растворения), а также для аппликаций на раны или ожоги.

Моноклональные антитела. Мы уже упоминали о новой ветви диагностирования различных заболеваний – моноклональных антителах. Обычные, поликлональные антитела содержатся в сыворотке крови иммунизированных животных. Но там кроме целевых антител есть и другие, что часто мешает диагностированию. По новому методу можно получать специфические антитела к клеткам разных органов одного человека, например антитела к клеткам раковых опухолей, и появилась надежда на возможность лечения с помощью таких антител (они не действуют на здоровые клетки). Основанные на моноклональных антителах диагностикумы позволяют определять беременность, выявлять предрасположенность к диабету, ревматоидному артриту, устанавливать наследственные заболевания, сопровождающиеся утратой каких- то ферментов или белков.

Препараты против комаров. Наряду с различными химическими препаратами созданы биопрепараты, представляющие собой микроорганизмы, патогенные для личинок комаров и безвредные для человека и других животных. Этим препаратом обрабатывают места, где происходит размножение комаров (в частности, подвалы домов), что позволяет снизить их количество или полностью ликвидировать.

Нейропептиды. Ведут разработку биотехнологических методов получения естественных нейропептидов, которые ответственны в мозгу человека за сон, боль, память, удовольствие и т. д. Схема та же – с помощью генной инженерии «конструируют» микроорганизм, способный синтезировать соответствующий пептид.

Косметические токсины. В последнее время научились делать косметические средства, разглаживающие морщины и омолаживающие лицо, из ботулинов – сильнодействующих ядов паралитического действия, продуцируемых микроорганизмами. (Интересная трансформация яда в лекарство!)

Приведенные примеры, конечно, не исчерпывают всех перспектив биотехнологии в медицине, но они демонстрируют первостепенную важность биотехнологии для этого вида человеческой деятельности.