Генная инженерия играет ключевую роль в разработке современных биофармацевтических препаратов, обеспечивая высокую точность, специфичность и безопасность при производстве терапевтических белков, вакцин и других биологически активных соединений. Ниже приведены примеры биофармацевтики, полученной с использованием технологий генной инженерии:

  1. Инсулин человека (рекомбинантный инсулин)
    Один из первых и наиболее известных примеров – рекомбинантный человеческий инсулин. До внедрения генной инженерии инсулин получали из поджелудочной железы животных (свиней и коров), что вызывало иммунные реакции у пациентов. Современный инсулин производится с использованием бактерий Escherichia coli или дрожжей Saccharomyces cerevisiae, в геном которых вставлен ген, кодирующий человеческий инсулин. Примеры коммерческих форм: Humulin®, Novolin®.

  2. Эритропоэтин (rEPO)
    Эритропоэтин — гормон, регулирующий эритропоэз (образование эритроцитов). Рекомбинантный эритропоэтин производится в клетках млекопитающих (чаще всего CHO-клетках), модифицированных для экспрессии гена человека, кодирующего EPO. Он используется при анемии, связанной с хронической почечной недостаточностью или химиотерапией. Примеры: Epogen®, Eprex®.

  3. Моноклональные антитела (mAb)
    Моноклональные антитела создаются с использованием технологий гибридом и рекомбинантной ДНК. Их применяют для лечения онкологических, аутоиммунных и воспалительных заболеваний. Примеры:

    • Rituximab (Rituxan®) — антитело против CD20 для терапии лимфом и ревматоидного артрита.

    • Trastuzumab (Herceptin®) — антитело против HER2/neu-рецептора, применяемое при раке молочной железы.

    • Adalimumab (Humira®) — анти-TNF-? антитело для лечения ревматоидного артрита, болезни Крона и псориаза.

  4. Фактор свертывания крови VIII (рекомбинантный фактор VIII)
    Применяется при лечении гемофилии A. Рекомбинантный фактор VIII получают в клеточных линиях млекопитающих, модифицированных экспрессировать человеческий ген FVIII. Примеры препаратов: Advate®, Recombinate®.

  5. Интерфероны (IFN)
    Рекомбинантные интерфероны, такие как IFN-? и IFN-?, используются при лечении вирусных инфекций (например, гепатит B и C), рассеянного склероза и некоторых видов рака. Они продуцируются с помощью бактерий или клеток млекопитающих. Примеры: Roferon-A®, Avonex®.

  6. Рекомбинантные вакцины
    Примером является вакцина против гепатита B, в которой используется очищенный поверхностный антиген вируса (HBsAg), полученный из дрожжей, модифицированных геном вируса. Также к генно-инженерным вакцинам относится вакцина против ВПЧ (Gardasil®, Cervarix®), основанная на вирусоподобных частицах (VLP), полученных с использованием систем экспрессии в дрожжах и насекомых.

  7. Аналоги гормона роста человека (hGH)
    Рекомбинантный гормон роста (somatropin) применяется при врождённом дефиците гормона роста, синдроме Тёрнера, хронической почечной недостаточности у детей и др. Производится бактериями или дрожжами с внедрённым геном человека. Пример: Genotropin®, Norditropin®.

  8. Тканевой активатор плазминогена (tPA)
    Используется в лечении острого инфаркта миокарда, инсульта и тромбозов. Рекомбинантный tPA получают из клеток млекопитающих. Пример: Alteplase (Activase®).

Методы редактирования митохондриальной ДНК: программа семинара

  1. Введение в митохондриальную ДНК (мтДНК)

  • Структура и функции мтДНК

  • Роль мтДНК в клеточном метаболизме и наследственных заболеваниях

  • Проблемы и ограничения редактирования мтДНК по сравнению с ядерной ДНК

  1. Традиционные методы редактирования мтДНК

  • Гомологичная рекомбинация: возможности и ограничения

  • Использование химических агентов и мутагенов для модификации мтДНК

  1. Современные технологии редактирования мтДНК

  • ЗАМИРы (mitoTALENs): структура, механизм действия и эффективность

  • CRISPR/Cas-системы и их адаптация для мтДНК: текущие вызовы и перспективы

  • DdCBEs (DddA-derived cytosine base editors): механизм целевой конвертации оснований, примеры применения

  • ZFN (цинковые пальцы нуклеазы): преимущества и недостатки для мтДНК-редактирования

  1. Технические аспекты доставки инструментов редактирования в митохондрии

  • Митохондриальные транспортные сигналы (MTS) и методы таргетинга

  • Векторные системы доставки (вирусные и невирусные)

  • Преодоление мембранных барьеров и оптимизация эффективности

  1. Биологические и технические проблемы редактирования мтДНК

  • Гетероплазмия: её влияние на эффективность редактирования и способы мониторинга

  • Риск off-target эффектов и методы их минимизации

  • Клеточные механизмы репарации мтДНК и их влияние на стабильность изменений

  1. Применение редактирования мтДНК в биомедицине

  • Лечение митохондриальных заболеваний: примеры и достижения

  • Перспективы использования в геронтологии и борьбе с возрастными нарушениями

  • Этические и регуляторные аспекты

  1. Практическая часть семинара

  • Демонстрация конструирования mitoTALENs и DdCBEs

  • Обсуждение протоколов доставки и контроля результатов редактирования

  • Анализ кейсов успешного редактирования мтДНК

  1. Обсуждение и перспективы развития технологии

  • Новые подходы и инновационные разработки

  • Текущие ограничения и направления исследований

Основные этапы разработки и создания трансгенных животных

  1. Выбор цели трансгенеза
    На первом этапе определяется цель создания трансгенного животного. Это может быть внедрение нового гена для изучения его функции, производство рекомбинантных белков, моделирование заболеваний человека или создание животных с улучшенными характеристиками, такими как рост, выносливость, устойчивость к болезням и т. д.

  2. Разработка конструкта ДНК
    После определения цели необходимо разработать генетическую конструкцию — ДНК, которая будет введена в геном животного. Эта конструкция обычно включает в себя интересующий ген (или несколько генов), регуляторные элементы (например, промоторы для контроля экспрессии гена) и другие последовательности, необходимые для эффективного интегрирования и выражения гена в клетках животного.

  3. Методы введения трансгенов
    Существуют различные методы введения трансгенов в клетки животных:

    • Микроинъекция: введение конструкта ДНК непосредственно в яйцеклетку животного с помощью тонкой иглы. Этот метод применяется в основном для создания трансгенных мышей.

    • Электропорация: использование электрического поля для создания временных пор в мембране клетки, через которые ДНК может проникать.

    • Вирусные векторы: использование вирусов, модифицированных для переноса генетической информации в клетки животных.

    • CRISPR/Cas9: метод редактирования генома, позволяющий вносить точные изменения в ДНК животного.

  4. Отбор трансгенных клеток
    После введения конструкта в клетки эмбриона или других тканей животных, необходимо отобрать те клетки или эмбрионы, которые успешно интегрировали чуждый ген. Это обычно достигается с помощью селекции, используя маркеры (например, гены устойчивости к антибиотикам).

  5. Имплантация трансгенных эмбрионов
    Успешно отобранные трансгенные эмбрионы или клетки имплантируются в матку суррогатной матери. Это позволяет развить животных, несущих измененный генетический материал.

  6. Мониторинг и анализ
    После рождения трансгенных животных проводится генотипирование для подтверждения наличия и стабильности внедренного гена. Проводятся молекулярные и биохимические исследования для оценки выражения трансгенного гена и его влияния на физиологические параметры организма.

  7. Выводка и дальнейшее разведение
    Полученные трансгенные животные разводятся для формирования стабильных линий с наследуемыми трансгенами. Иногда проводится дополнительная селекция для оптимизации характеристик или улучшения выраженности определенных признаков.

  8. Постнатальное наблюдение и анализ
    На этом этапе исследуют влияние трансгенного гена на здоровье животных, а также изучают фенотипические изменения, вызванные введением чуждого гена. Это включает как физическое состояние животных, так и возможные отклонения в поведении или развитии.

  9. Применение и эксплуатация
    На заключительном этапе трансгенные животные могут быть использованы в научных исследованиях, медицине или агрономии. Например, трансгенные мыши используются в моделировании заболеваний человека, а трансгенные коровы или козы могут производить рекомбинантные белки, используемые в фармацевтической промышленности.