Генные технологии - составная часть биотехнологии как современной учебной дисциплины

системы. Это, в свою очередь, приводит к более активному формированию клеточного иммунитета.

Список литературы

1. Воронин, Е.С. Иммунология : учебник / Е.С. Воронин, А.М. Петров, М.М. Серых, Д.А. Девришов. - М. : Колос-Пресс, 2002. - 406 с.

2. Алешкин, В.А. Иммунология репродукции : учеб. пособие / В.А. Алешкин, А.Н. Ложкина, Э.Д. Заго-родняя. - Чита, 2004. - 79 с.

3. Говалло, В.И. Иммунология репродукции : учеб. пособие / В.И. Говалло. - М. : Медицина, 1987. - 304 с.

4. Панин, А.Н. Исследование антагонистических свойств спорообразующих бактерий B. subtilis в отношении ацидофильных бактерий Lactobacillus acidophilus / А.Н. Панин, Е.В. Малик, Н.Л. Мулахина // Ветеринарный врач. - 2009. - № 3. - С. 3-6.

5. Малик, Н.И. Ветеринарные пробиотические препараты / Н.И. Малик, А.Н. Панин // Ветеринария. -2001. - № 1. - С. 3-7.

6. Правила проведения работ с использованием экспериментальных животных. - М. : МЗ РСФСР, 1977. - 12 с.

SUMMARY

N. V. Arhipenko, L.I. Drozdova, L.I. Timina

State of T- and B-limphocytes of blood in guinea pigs during different pfysiological periods with using Bacillus subtilis 3

In this article we adduce indices of relative and absolute presence of T-and B-limfocytes of blood in guinea pigs during different pfysiological periods with using Bacillus subtilis 3, and adduce histomorphological characteristic of the organs of central (thymus) and pheripheral (spleen) immune system in experimental animals during pregnancy with using B. subtilis 3.

Key words: T- and B-limphocytes, thymus, spleen, guinea pigs, Bacillus subtilis 3, pregnancy period.

УДК 606:378

К.Н. Ярыгин, В.В. Семченко, Г.А. Хонин, И.Н. Лебедев, В.Н. Ярыгин, С.С. Степанов, С. Ф. Мелешков, С.И. Шведов, А.Ю. Максимовская

ГЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ БИОТЕХНОЛОГИИ КАК СОВРЕМЕННОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Генные технологии - наиболее перспективная отрасль медицины и биологии, которая способна значительно улучшить качество жизни человека и эффективность гуманитарной и ветеринарной медицины, преобразить животноводство и растениеводство.

Ключевые слова: образование, методология, биотехнологии, генные технологии.

Генная инженерия является основой современной биотехнологии. На основе фундаментальных исследований строения и функционирования генома человека, животных, растений, бактерий и вирусов генная инженерия открывает широкие возможности для получения новых генетических структур и организмов, для разработки способов генодиагностики, генопрофи-лактики и генотерапии болезней [4].

24 апреля 2012 г. Правительством РФ утверждена Комплексная программа развития биотехнологий в РФ до 2020 г. [15]. Главные цели программы - выход России на лидирующие по-

© Ярыгин К.Н., Семченко В.В., Хонин Г.А., Лебедев И.Н., Ярыгин В.Н., Степанов С.С., Мелешков С.Ф., Шведов С.И., Максимовская А.Ю., 2012

зиции в этой области и создание глобально конкурентоспособного сектора биоэкономики, который наряду с наноиндустрией и информационными технологиями должен стать основой модернизации экономики РФ. Согласно данной программе, с учетом имеющихся научных заделов и тенденций, текущего состояния, потенциала развития рынков и социально-экономического эффекта выделяются следующие приоритеты развития биотехнологии: биофармацевтика и биомедицина; промышленная биотехнология и биоэнергетика; сельскохозяйственная и пищевая биотехнология; лесная биотехнология; природоохранная (экологическая) биотехнология; морская биотехнология [7, 15].

Развитие и применение генных технологий может поднять на новый уровень животноводство и растениеводство, существенно улучшить эффективность гуманитарной и ветеринарной медицины, привести к росту качества и продолжительности жизни человека, в том числе пациентов с неизлечимыми заболеваниями.

Бурное развитие наук о клетке привело к тому, что на рубеже ХХ и ХХ1 вв. появились технологии, позволяющие использовать клетки на любой стадии дифференцировки, взятые из любых тканей и органов человека, с целью получения специального клеточного продукта, обладающего высокими потенциальными возможностями репарации поврежденного органа. Это своеобразные высокотехнологичные лекарственные формы нового поколения, используемые для восстановления структур и функций тканей, органов путем замещения клеток этих тканей и органов клетками, вводимыми извне или путем активации собственных восстановительных процессов организма животных и человека. Фактически речь идет о создании новой отрасли биомедицины (в том числе и биоветеринарной) или биофармацевтики на основе молекулярной и клеточной биотехнологий, позволяющих целенаправленно изменять генетический материал клетки и регулировать процесс ее дифференцировки [4].

Очевидно, что в ближайшее время биомедицинские (биоветеринарные) технологии выйдут на передний план мировых исследований и во многом определят облик будущей науки и индустрии. Прежде всего основными точками роста, которые повлияют на будущее новой индустрии, являются системы массового генотипирования, продукты персональной медицины, клеточные и регенеративные технологии, которые могут задать новые стандарты качества жизни и уже получили активное развитие по всему миру [4].

Генная инженерия - это раздел молекулярной биологии и генетики, связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала, получением с помощью лабораторных приемов организмов с новыми, в том числе и не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств. Для переноса генетического материала в качестве векторов используются бактериофаги. В основе генной инженерии лежит возможность целенаправленного манипулирования с фрагментами нуклеиновых кислот. Это стало реальным после установления универсальности генетического кода, то есть того факта, что у всех живых организмов включение одних и тех же аминокислот в белковую молекулу кодируется одними и теми же последовательностями нуклеотидов в цепи ДНК, а также после предоставления генетической энзимологией в распоряжение исследователя набора ферментов, позволяющих получить в изолированном виде отдельные гены или фрагменты нуклеиновой кислоты, осуществлять in vitro синтез фрагментов нуклеиновых кислот, объединить в единое целое полученные фрагменты. Изменение наследственных свойств организма с помощью генной инженерии сводится к конструированию из различных фрагментов нового генетического материала, введению этого материала в рецепиентный организм, созданию условий для его функционирования и стабильного наследования. Созданный генетический материал способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена [4, 8].

Настоящая биотехнологическая революция связывается с получением инсулина на основе технологии рекомбинантных ДНК в 70-80-х годах. Сегодня уже ведутся активные исследования в области использования индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.

Это совершенно новый подход, позволяющий разработать технологии, исключающие использование нативных эмбриональных стволовых клеток [9].

В результате интенсивного развития методов генной инженерии получены клоны множества генов рибосомальной, транспортной РНК, гистонов, глобина мыши, кролика и человека, коллагена, овальбумина, других пептидных гормонов. Это позволило создавать штаммы бактерий, производящих многие биологически активные вещества, используемые в ветеринарной медицине, сельском хозяйстве и микробиологической промышленности. Кроме того, на основе многочисленных мутантов по отдельным генам созданы высокоэффективные тест-системы для определения генетической активности факторов среды, в том числе для выявления канцерогенных соединений. Генная инженерия может дать в неограниченном количестве гормоны и другие белки животных и человека, необходимые для лечения наследственных болезней.

Усилия генной инженерии направлены на получение бактерий с высокоактивной нит-рогеназой, способных в больших количествах связывать и накапливать азот, на разработку методов включения гена нитрогеназы в растительную клетку. Благодаря генной инженерии и слиянию клеток стало возможным производить биотехнологическим методом в промышленных масштабах соединения, синтезируемые живыми организмами в ничтожных количествах.

С помощью генной инженерии получены сотни и тысячи рекомбинантных штаммов бактерий и вирусов, способных синтезировать несвойственные им биологически активные вещества в соответствии с «пересаженным» в их геном «чужеродным» геном, кодирующим образование этого вещества. Таким образом, уже получены штаммы рекомбинантных бактерий и вирусов (кишечная палочка, псевдомонады, дрожжи, вирусы), способных синтезировать гормоны (соматостатин, инсулин, гормон роста быка), ферменты (липазы, протеазы), иммуномодуляторы (интерфероны, интерлейкины, пептиды тимуса, костного мозга, фактор некроза опухоли), белки крови (альбумин, комплемент, антикоагулянты, тромболитики), рецепторы клеток, регуляторные пептиды, управляющие нервной, иммунной и другими системами [12].

Принцип получения в промышленных условиях биологически активных белков генно-инженерным способом сводится к созданию рекомбинантного штамма бактерий, способного синтезировать целевой продукт (например, гормон, антиген); выращиванию в производственных условиях рекомбинантного штамма; выделению из биомассы рекомбинантного штамма синтезированного целевого продукта, его очистке, концентрированию и приданию ему лекарственной формы.

К настоящему времени расшифрован геном многих бактерий и вирусов, а также геном ряда животных и человека. Последнее открыло путь к разработке методов генокоррекции врожденных и приобретенных болезней, генотерапии, генопрофилактики, повышению резистентности организма к болезням [2].

Проведены эксперименты по проверке возможности управления функционированием чужеродных генов, введенных в стволовые клетки млекопитающих, с помощью промотора гена белка теплового шока дрозофилы. Такая возможность показана на примере активации гена синего белка [8].

Под генной терапией понимают введение нуклеиновых кислот в клетку с целью воздействия на медицинский статус организма животных и человека и лечения болезни. При этом ген рассматривается как новый фармацевтический препарат для лечения многих моногенных (мутации в одном гене), полигенных, мультифакториальных (мутантные гены + неблагоприятные внешние факторы), инфекционных заболеваний и патологических состояний. Гены и их ДНК-фрагменты перспективны в создании нового поколения вакцин против многих инфекционных болезней и опухолей. В связи с полной расшифровкой генома фармакология пополнилась многими генно-инженерными препаратами.

Развитие направления молекулярной селекции обусловлено разработкой эффективных методов геномного сканирования, позволяющих одновременно проводить скрининг большого числа мутаций и рассчитывать геномную племенную ценность животных для повышения эффективности селекционно-племенной работы. Лидерами развития данного направления рынка являются крупнейшие мировые производители племенного материала сельскохозяйственных животных и птицы, например, ABS (США), DanBred (Дания), Topigs и Hypor (Голландия) [7].

В настоящее время биоиндустрия в мире развивается высокими темпами, однако большинство генных биомедицинских и биоветеринарных технологий, предлагаемых наукой для использования в ветеринарии, сельском хозяйстве и гуманитарной медицине, находятся на стадии разработки и/или испытаний (доклинических или клинических).

Большинство одобренных для клинических испытаний проектов генной терапии выполняются в США, меньшая часть - в Западной Европе (например, во Франции, Великобритании, Италии, Германии). К сожалению, ни одного сколько-нибудь продвинутого и официально утвержденного генно-терапевтического проекта клинических испытаний в России или в странах СНГ не существует. % проектов находятся в фазе I клинических испытаний (оценка токсичности генной конструкции), остальные - между фазами I/II (ограниченные испытания на небольшом контингенте больных) и только 2 проекта, касающиеся лечения смертельной опухоли мозга - глиобластомы, - в фазе III (широкомасштабные клинические испытания в нескольких центрах).

Предположительно уже через 10-15 лет будут найдены решения и продукты, пригодные для массового и повсеместного внедрения в гуманитарную, ветеринарную медицину, животноводство. Если к этому времени в России будут созданы условия для развития биоэкономики, страна окажется в числе выгодоприобретателей и совладельцев новых технологий [7].

Следует отметить, что молекулярная и клеточная биотехнологии очень тесно связаны между собой, как молекулярная биология и цитология. В любом случае целенаправленная модификация генома клеток базируется на методах молекулярной биотехнологии [2, 4].

Все это свидетельствует о лавинообразном накоплении знаний в области биотехнологий и необратимости внедрения полученных результатов в лечебную практику гуманитарной, а позже и ветеринарной медицины.

Россия значительно отстает от передовых стран не только по уровню финансирования, но и по идеологии нового биотехнологического направления [9, 10, 13].

Природа путем естественного отбора и подбора создавала виды на протяжении миллионов лет тщательно и предусмотрительно, учитывая все тонкие аспекты взаимодействия не только в популяции, но и на всех уровнях организации живого.

Никто в мире не может научно прогнозировать отдаленные результаты использования генных технологий. Для этого слишком мало осознанной информации. Необходимо учитывать, что эволюция животных и человека не предусматривает наличие механизмов передачи генетической информации от одной особи к другой, минуя процесс оплодотворения и связанные с ним этапы трансформации клеток, не говоря уже о переносе генетической информации в межвидовом аспекте, который открывает нам генная инженерия. Рано или поздно появятся принципиально новые технологии подавления и обхода естественных механизмов защиты организма от проникновения чужеродной информации. Будут получены вирусы, целенаправленно трансформирующие определенные клеточные системы в нужном направлении. Генетическая информация не будет проходить этапы естественного отбора и адаптации к окружающей среде (своеобразные фильтры патологии). Природа животных и человека как биологических объектов существенно изменится. Необходимые для выживания молекулярные системы будут вводиться непосредственно во внутреннюю среду конкретного организма, а не приобретаться в ходе конкурентной борьбы всего вида за выживание.

Таким образом, может возникнуть ситуация, когда возможность спасения и продления жизни конкретного человека и животного с помощью новых биотехнологических методов приведет к непредсказуемым изменениям биологического вида в целом. Характер этих изменений также предсказать невозможно.

Генные технологии - это очень тонкое оружие, способное дать человечеству огромные преимущества в борьбе с болезнями, голодом, а возможно, даже со смертью, но при этом, как и любое оружие, они требуют осторожного обращения с собой. Для массового внедрения продуктов генных технологий требуется накопление большого багажа фундаментальных знаний, доскональная расшифровка генома и механизма его функционирования.

Параллельно биологическим проблемам появляются проблемы морально-этические и религиозные, которые также разрастаются в геометрической прогрессии и не имеют тенденции к бескомпромиссному решению [11, 12, 13].

Генная инженерия - это потенциальный ключ к кардинальному преобразованию человеческой жизни в лучшую сторону через внедрение генных технологий в медицину, животноводство, растениеводство, но, вместе с тем, этот ключ вполне может открыть своеобразный ящик Пандоры. Ведь генные технологии с каждым годом будут набирать обороты, все сильнее меняя привычный нам мир и нас самих, что может привести к труднопрогнозируемым изменениям необратимого характера. В связи с чем нельзя позволять данной отрасли развиваться лавинообразно. Как и в отношении любых технологий, несущих потенциальную опасность, должен быть организован жесткий контроль за исследованиями в этой отрасли, а также за безопасностью получаемых продуктов генной инженерии.

Все вышесказанное свидетельствует о неизбежности фундаментальных преобразований в развитии человеческого общества, слиянии медицины и ветеринарии с биомедицинской промышленностью. Необходимо внесение соответствующих изменений в процесс подготовки будущих специалистов для отрасли. Правительство РФ осознает эту необходимость, в связи с чем в Комплексной программе развития биотехнологий до 2020 года отмечена особая важность развития образования в сфере биотехнологий [6, 7].

Согласно правительственному плану основными задачами подготовки кадров в сфере биотехнологий будут: выстраивание на базе обновленных образовательных стандартов и программ траектории получения необходимых компетенций, знаний и навыков на довузовском, вузовском, послевузовском этапах обучения, выстраивание системы непрерывного повышения квалификации, значительное повышение влияния биотехнологического бизнеса на формирование программ обучения, особенно на поздних (старшие курсы, магистратура, послевузовское образование и повышение квалификации) этапах. Причем в рамках данной программы развитие образования будет осуществляться по следующим направлениям [7]: 1. Налаживание эффективного взаимодействия наиболее конкурентоспособных учреждений образования в сфере биотехнологий с создаваемыми центрами превосходства по различным биотехнологическим направлениям в части обучения, проведения совместных исследований, разработки новых технологий и продуктов. Финансовая поддержка такого взаимодействия осуществляется через имеющиеся инструменты поддержки инновационной деятельности вузов. 2. Разработка новых и модификация существующих образовательных стандартов для различных категорий специалистов разных отраслей биоэкономики. 3. Создание новых образовательных программ в соответствии с кадровыми потребностями биотехнологического бизнеса. 4. Использование современных образовательных методик с обязательным приглашением специалистов высокого уровня из-за рубежа, представляющих ведущие компании и университетские биотехнологические центры. 5. Формирование гибкой модульной структуры образовательных программ. 6. Создание непрерывной системы повышения квалификации и переподготовки биотехнологических кадров с сохранением возможности смены специализации без потери навыков в рамках своей отрасли биоэкономики. 7. Формирование в наибо-

лее конкурентоспособных учреждениях образования в сфере биотехнологий передовой научно-технологической базы.

Последовательным сторонником необходимости внедрения молекулярной и клеточной биотехнологии в нашей стране является академик РАМН, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой биологии Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова В.Н. Ярыгин. Полагаем, что необходима адаптация возможностей конкретных вузов для решения подобной комплексной задачи подготовки кадров. В настоящий момент наиболее реальным направлением для большинства гуманитарных вузов является создание профильных кафедр, чтение цикла лекций и проведение семинаров по основным направлениям молекулярной и клеточной биотехнологии.

В России уже имеется опыт преподавания курса инновационных технологий в медицинских вузах. По теме «тканевые технологии» студенты получают знания о биоинженерии и способах применения компонентов тканей человека в различных областях медицины, обучаются правовым и этическим нормам в области создания и развития новых технологий [3]. В Российском национальном исследовательском медицинском университете имени Н.И. Пи-рогова на медико-биологическом факультете открыта кафедра клеточной биологии и технологий (зав. член-корреспондент РАМН, доктор биологических наук профессор Ярыгин Константин Никитич). В этом же учреждении имеется лаборатория медицинских клеточных технологий и отдел биомедицинских технологий.

В связи с тем что за биотехнологией официально закреплен приоритетный статус, в Институте ветеринарной медицины и биотехнологии Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина совместно с Российским национальным исследовательским медицинским университетом им. Н.И. Пирогова (Москва), НИИ медицинской биологической химии им. Ореховича, Московской государственной академией ветеринарной медицины им. Скрябина, НИИ медицинской генетики СО РАМН (Томск), НИИ фармакологии СО РАМН (Томск), Ханты-Мансийской государственной медицинской академией, ВНИИ бруцеллеза и туберкулеза животных Россельхозакадемии принято решение по разработке и внедрению в образовательный процесс образовательно-научного проекта «Клеточные технологии в ветеринарной медицине». Целью данного проекта является формировании методологии и методического обеспечения разработки и внедрения в образовательный процесс и ветеринарную практику биотехнологии (генная, клеточная, тканевая и органная). Проект включает образовательную и научно-исследовательскую части. В рамках первой проводится разработка учебных программ по преподаванию генных, клеточных, тканевых и органных биоветеринарных технологий в составе учебной дисциплины «Цитология, гистология и эмбриология», планируется подготовить учебно-методическую документацию, учебно-методическое оснащение и обеспечить кадры по учебной дисциплине «Фундаментальные основы генных, клеточных, тканевых и органных биоветеринарных технологий» для ее внедрения в образовательный процесс ИВМиБ ОмГАУ, а также подготовить и издать под редакцией академика РАМН В.Н. Ярыгина, академика РАМН В.П. Пузырева, члена-корреспондента РАМН К.Н. Ярыгина и профессора В.В. Семченко серию научных монографий по интенсивно развивающемуся в настоящее время научному направлению «Регенеративная биология и медицина» (генные, клеточные, тканевые, органные технологии и клонирование) (в трех книгах). В совокупности все вышеперечисленное позволит повысить уровень подготовки специалистов и дать им базовые и специальные знания по всем основным направлениям регенераторной биологии и медицины. Кроме того, в процессе написания монографий и учебных пособий будет сформирован авторский коллектив, способный решать актуальные научные проблемы данного направления биологии.

Список литературы

1. Алексеев, М. За права эмбрионов [Электронный ресурс] / М. Алексеев. - Режим доступа : http://med-portal.ru/mednovosti/main/2010/08/24/rights. - 2010.

2. Биология / под ред. акад. РАМН проф. В.Н. Ярыгина. - 5-е изд., испр. и доп. - М. : Высшая школа, 2003. - 432 с.

3. Волова, Л.Т. Опыт преподавания курса инновационных технологий в медицинском вузе / Л.Т. Волова // Фундаментальные исследования. - 2009. - № 2 - С. 68-70.

4. Глик, Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. - Пер. с англ. / Б. Глик, Дж. Пастернак. - М. : Мир, 2002. - 589 с.

5. Каблуков, И. Индустрия человека [Электронный ресурс] / И. Каблуков. - Режим доступа : http:// www.nanonewsnet.ru/articles/2011/industriya-cheloveka. - 2011.

6. Клеточные технологии на службе человека [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http:// www.computerra.ru/xterra/36679. - 2004.

7. Комплексная программа развития биотехнологии в Российской Федерации до 2020 года. - М., 2012. -

120 с.

8. Семченко, В.В. Регенеративная биология и медицина. Кн. I. Генные технологии и клонирование / В.В. Семченко, С.И. Ерениев, С.С. Степанов ; под ред. В.П. Пузырева, К.Н. Ярыгина, В.Н. Ярыгина. - Омск ; М. ; Томск : Омская областная типография, 2011. - 269 с.

9. Трансплантация незрелой нервной ткани в экспериментальной и клинической неврологии / В.В. Семченко [и др.]. - Омск : Омский дом печати, 2000. - 340 с.

10. Нейротрансплантация : учеб. пособие / В.В. Семченко [и др.]. - Омск : Омская областная типография, 2004. - 308 с.

11. Семченко, В.В. Синаптическая пластичность головного мозга (фундаментальные и прикладные аспекты) / В.В. Семченко, С.С. Степанов, Н.Н. Боголепов. - Омск : Омская областная типография, 2008. - 405 с.

12. Биотехнология : учебник / И.В. Тихонов [и др.]. - СПб. : ГИОРД, 2005. - 792 с.

13. Фукуяма, Ф. Наше постчеловеческое будущее. Последствия биотехнологической революции. - Пер. с англ. / Ф. Фукуяма. - М. : АСТ, 2008. - 349 с.

14. Ярыгин, К.Н. Стволовые клетки и их применение сегодня (комплексное лечение, лечение новыми медицинскими технологиями) [Электронный ресурс] / К.Н. Ярыгин. - Режим доступа : http://www.biocells.ru/ medicina.html.

15. www.biorosinfo.ru.

SUMMARY

K.N. Yarigin, V.V. Semchenko, G.A. Honin, I.N. Lebedev, V.N. Yarigin, S.S. Stepanov, S.F. Melezhkov, S.I. Shvedov, A.J. Maksimovskaja

Gene technology - as part of modern biotechnology training courses

Gene technology as the most promising branch of medicine and biology, which can significantly improve the quality of human life and efficiency of human and veterinary medicine and to transform livestock and crop production. Key words: education, methodology, biotechnologies, gene technology.