Российско-белорусские трансгенные козы снабдят людей жизненно важными белками

Ученые России и Белоруссии работают над созданием лекарственных средств и продуктов питания на основе лактоферрина человека из молока трансгенных коз. Современная биология позволяет получать и использовать — главным образом в медицине — белковые молекулы, абсолютно идентичные природным белкам человека, но по происхождению не имеющие к человеку никакого отношения. Такие рекомбинантные белки могут замещать, например, жизненно необходимый лечебный белок, как это было с инсулином, делая лекарство более доступным и безопасным.

Получают рекомбинантные белки разными способами, в основе которых лежит генно-инженерная модификация, состоящая во "вживлении" гена человека, который кодирует нужный белок, в геном клеток или организма. Обычно в качестве "реципиента" для гена используют микроорганизмы или клетки, которые растят "в пробирке". Однако рекомбинантные белки, которые получают с помощью таких технологий, стоят дорого и не решают проблемы там, где нужны большие количества белка. Например, это относится к человеческому сывороточному альбумину. До сих пор его выделяют для медицинских целей из донорской крови, а это не гарантирует отсутствия возбудителей каких-либо опасных заболеваний в препарате. Выход из этой ситуации — получать рекомбинантные белки человека в растениях и животных. В последнем случае удается получать белки, не только повторяющие по аминокислотной последовательности естественные белки человека, но и максимально похожие на них по модификациям, происходящим уже после синтеза белка, чего нельзя добиться от растений.

Новый сектор биотехнологии

"Вживление" гена человека в геном животного-млекопитающего можно провести таким образом, что человеческий белок будет продуцироваться в молоке, а значит, можно будет эффективно выделять его в чистом виде. Полученные таким образом белки человека могут использоваться как в лекарственных препаратах, так и в качестве функционально активных продуктов питания, если такова естественная функция данного белка. Именно такая задача была поставлена перед учеными России и Белоруссии в 2003 году — разработать технологию получения лекарственных средств и продуктов питания на основе биологически активных белков человека, полученных из молока коз, несущих в своем геноме ген человека. Была утверждена программа Союзного государства "Белространсген" (2003 - 2007 гг.), а затем ее продолжила программа "Белространсген-2" (2009 - 2013 гг.), выполнение которых координировалось Министерством образования и науки России. Подобные технологии разрабатываются и в других странах — лидерах в области биотехнологии в частности, в КНР, а в США уже продается препарат Атрин, основу которого составляет терапевтический белок человека, полученный из молока трансгенных коз.

Благодаря совместным усилиям ученых России и Белоруссии эта уникальная технология была разработана и успешно опробована на лактоферрине человека, что закладывает основу создания нового сектора биотехнологии в России и Белоруссии. Нашими исследователями была проведена огромная работа. Сначала создавались уникальные генетические конструкции, обеспечивающие высокий уровень продукции лактоферрина человека в молоке трансгенных животных. Конструкции тестировали на мышах, так быстрее и дешевле. С лучшими вариантами генетических конструкций с геном лактоферрина человека были проведены эксперименты по получению коз, несущих ген лактоферрина человека и позволяющих получать лактоферрин человека в промышленных масштабах. Эксперименты увенчались полным успехом.

Почему был выбран лактоферрин.

Сегодня в России и Белоруссии живут и работают козы, несущие в геноме ген лактоферрина человека и продуцирующие в среднем 3 г лактоферрина человека на 1 л молока. Перспективы таковы. Во-первых, разработанную технологию получения относительно недорогих белков человека в уникальном биореакторе — молочной железе сельскохозяйственных животных — можно и нужно использовать для получения новых белков, не только лактоферрина. Во-вторых, уже сегодня готовы к выходу на рынок средства для гигиены полости рта на основе полученного лактоферрина. Полученный из молока коз лактоферрин человека не только обладает противомикробной активностью, но и часто способен преодолевать устойчивость микроорганизмов к действию антибиотиков. А эта проблема становится в мире все более серьезной. В-третьих, будущие исследования должны ответить на вопрос, какие еще возможности есть у выделенного лактоферрина человека. Это и способность доставлять в организм железо, и бороться с вирусными инфекциями благодаря блокированию самого процесса инфицирования клеток вирусом, усиливать иммунитет, и предотвращать возникновение остеопороза. И, наконец, очень важная область применения лактоферрина человека, полученного из молока коз, — детское питание. Лактоферрин — один из основных компонентов грудного молока, обеспечивающий защиту малыша от вредных микроорганизмов. Особенно важно присутствие лактоферрина в питании недоношенных детей, у которых он еще вдобавок способствует "дозреванию" пищеварительного тракта, предотвращая возникновение угрожающих жизни осложнений. То же верно и для новорожденных и грудных детей, находящихся на искусственном вскармливании и лишенных этого уникального белка, придуманного природой, особенно — для недоношенных младенцев.

Состав белковой фракции молока человека

Молозиво, г/л
Зрелое молоко,
г/л
Всего
17,05 (100%)
5,95 (100%)
минорные фракции
0,91 (5,34%)
1,11 (18,66%)
лактальбумин
3,7 (21,70%)
1,7 (28,57%)
лактоферрин
7,3 (42,82%)
1,5 (25,21%)
иммуноглобулины
4,7 (27,57%)
1,2 (20,17%)
альбумин
0,37 (2,17%)
0,37 (6,22%)
лизоцим
0,07 (0,41%)
0,07 (1,18%)

Белок и закон

По существующему законодательству в детском питании запрещено использование ингредиентов, содержащих генно-инженерно модифицированные организмы (ГМО). Конечно же, козы, несущие ген лактоферрина человека, генно модифицированы. Но не их молоко, так как молоко не способно к воспроизводству или передаче наследственного генетического материала. Молоко — всего лишь продукт жизнедеятельности ГМО. Тем не менее, необходимо исключить даже возможность двусмысленного толкования закона, а для этого надо либо прямо разрешить, либо запретить использование продуктов жизнедеятельности ГМО для питания — или, по крайней мере, ввести предельные нормы их присутствия. Что же касается российско-белорусского лактоферрина, то, когда сегодня ограничивают использование ГМО в пищевой продукции, в первую очередь подразумевают регулирование обращения сырья и полученной из него пищевой продукции, измененных с помощью генно-инженерных способов для улучшения их производственных и потребительских свойств, например, устойчивости растений к болезням, более быстрого роста и т. п.

Лактоферрин человека — целевой продукт генетической модификации. Мы не преследовали достижения нужных только производителю, а не потребителю целей. Для потребителя же грудное молоко является не только источником питательных веществ, но и содержит большое число биологически активных компонентов, важных для нормального развития ребенка. К ним, помимо лактоферрина, относятся лизоцим, лактальбумин, многочисленные ростовые факторы, антитела.

Молочные смеси — заменители молока — лишены этого функционального компонента. Не вызывает сомнений, что не за горами создание заменителей грудного молока, которые будут не только восполнять потребности в пище, но и обладать сходными с естественным молоком биологическим активностями. Уже сегодня некоторые производители добавляют в детские молочные смеси коровий лактоферрин, но он — в силу отличий от белка человека — не может обеспечить всего спектра биологических активностей. Сложившаяся ситуация в законодательном поле делает непривлекательным и высоко-рисковым для инвестора развитие этого несомненно важного и актуального направления биотехнологии и требует скорейшего разрешения.

Развитие этого направления должно обеспечить эффективную эксплуатацию созданной технологии для получения целевых белков в молоке животных, а так - же скорейшее вовлечение лекарственных средств и продуктов питания в хозяйственный оборот.

***

Вот как у корифея российского козоводства князя Сергея Урусова, начинается описание производителя молочной породы: — не тяжелая, но мужественная голова с короткой густой бородой, — не длинная шея, — сильный, богатый мускулами зад...

Особо князь подчеркивал, что нельзя вести селекцию на уменьшение головы. Животные с маленькой головой являются дегенератами, причем агрессивными; кроме того, как показывает практика, у спокойных и разумных козлов специфический запах в случный период выражен гораздо меньшей мере, а в остальное время практически отсутствует.

В монографии Урусова сказано, что в периоды могущества державы и расцвета науки становится ясна исключительная ценность коз, отрасль переживает подъем. Военное время, как ни странно, тоже способствует развитию этой отрасли. Революции же наносят козоводству сокрушительный удар, фактически сводя на нет достижения целой эпохи.

Последнюю перепись коз Минсельхоз провел в 2010 году. У нас их около 3 млн, больше в Европе только в Греции и Италии.

Похвальное слово козлу

Два года назад китайские ученые представили в журнале Nature Biotechnology полную версию генома домашней козы (Capra hircus). Появилась возможность вести отбор наиболее перспективных производителей по генам сразу после их рождения. Как и в случае крупного рогатого скота, ведется отбор прежде всего самцов, потому что на одного козла в расцвете сил в стаде приходится 75 - 80 коз. Но для окончательной оценки производи- теля по?прежнему нужно ровно столько времени, сколько ему требуется, чтобы вырасти, дать потомство, а потомству продемонстрировать высокую удойность, густую шерсть и тонкий длинный пух. Молекулярная генетика не заменяет и уж точно не отменяет предыдущих методов оценки племенной ценности производителей, достигнутых чистой эмпирикой за 12 тысяч лет со времен неолита. Селекция коз — одна из древнейших наук. В Ветхом завете уже упоминаются все три современных направления селекции коз --шерстное, пуховое и молочное. В догенетическую эпоху производителей соответствующих пород отбирали по фенотипическим про- явлениям тех локусов в хромосомах, которые сейчас типируют в лаборатории