За останні роки науковці взяли участь у виконанні багатьох державних програм: «Здоров’я нації», «Генні та аналітичні біотехнології», «Національна програма забезпечення профілактики ВІЛ-інфекції», «Впровадження і застосування Грід-технологій», «Розроблення і створення сенсорних наукоємних продуктів», «Нанотехнології і наноматеріали» й ін.
Про досягнення вітчизняних науковців у цій сфері розповідає директор Інституту молекулярної біології і генетики НАН України академік НАНУ, доктор біологічних наук, професор, Заслужений діяч науки і техніки України Ганна ЄЛЬСЬКА.
– Ми увійшли в еру постіндустріального розвитку суспільства і це визначає сучасні тенденції в науці. Нинішнє століття вважається часом інформатики та біології.
Що стосується біології й медицини, то ми є свідками і, маю надію, отримаємо величезну користь від однієї з найдоленосніших подій за останнє десятиліття у нашому житті – формування так званої молекулярної біомедицини. Її основою є злиття фундаментальних наук, таких як молекулярна біологія, генетика, фізіологія, – з клінічною медициною. Сучасні діагностика та лікування базуються здебільшого на виявленні симптомів, проведенні інструментального обстеження й аналізів, які, у кращому разі, дають розуміння порушень певних біохімічних і фізіологічних процесів. Але ці порушення є не причиною, а наслідком більш глибинних змін в організмі людини – на рівні окремих макромолекул та їх взаємодії. Молекулярна медицина спрямована на виявлення саме таких молекулярних порушень, причому вони в кожному певному випадку можуть різнитися. Ось чому так важливо знати склад і роботу певних генів у певної людини та функціонування їх «представників» в організмі – білків. Лікування, як і профілактика, мають спрямовуватись саме на першопричину хвороби, підкреслюю, конкретного пацієнта. У цьому сутність індивідуальної, або, як прийнято казати, персоніфікованої медицини, до чого прагне людство.
– Які розробки, технології Інституту впроваджені у виробництво за останні роки?
– Роль новітніх молекулярних біотехнологій у житті сучасного суспільства важко переоцінити. Залучення біотехнологічних розробок дає змогу розв’язувати актуальні питання медицини, сільського господарства, екології, багатьох галузей промисловості.
Більшість фундаментальних і прикладних досліджень Інституту спрямовані на розвиток молекулярної біомедицини, покращення деяких аспектів рослинництва та посилення сучасного екологічного контролю. При цьому ми активно співпрацюємо з низкою інших інститутів Національної та Медичної академій, багатьма зарубіжними установами. Наведу декілька прикладів наших найбільш важливих розробок у галузі біомедицини.
ТЕСТ-СИСТЕМИ ДЛЯ ДІАГНОСТИКИ ЛЕЙКЕМІЇ КРОВІ
Одним із головніших й зазвичай невблаганних ворогів людства є злоякісна пухлина, рак. Поки що боротьба з ним малоуспішна. У розвинених країнах виділяються величезні кошти на вивчення цієї патології, її причин і лікування. У нашому Інституті спільно з українськими медиками і закордонними вченими проводяться дослідження з вивчення молекулярних основ канцерогенезу. Зокрема, зусилля ряду груп спрямовані на вивчення лейкозів (лейкемія, рак крові). Лейкози – це не одне захворювання, а кілька залежно від типу кровотворних клітин, що перероджуються в злоякісні. Розрізняють гострі та хронічні лейкози. Дуже важливі рання діагностика та знання, з якою формою лейкозу ми маємо справу й на якій стадії розвитку. Від цього багато в чому залежить лікування та прогноз.
Наші вчені розробили два типи ДНК тест-систем для виявлення та діагностики певних форм лейкозів, які було з успіхом апробовано у багатьох містах України. На жаль, обидві тест-системи застосовуються головним чином тільки у Київському обласному онкологічному диспансері. Переважна більшість наших медичних закладів не має змоги проводити такі аналізи. Подібні дослідження проводяться й зі злоякісними пухлинами інших органів і тканин.
ДІАГНОСТИКА СПАДКОВИХ ЗАХВОРЮВАНЬ
Надзвичайно важливим є коректна діагностика спадкових захворювань, особливо таких важких, як м’язова дистрофія, мотосенсорна невропатія (Шарко-Марі-Тус); нейродегенеративне захворювання «хорея Гентингтона»; азооспермія й олігоспермія; генетично обумовлені форми жіночого безпліддя й акушерсько-гінекологічні ускладнення. Особливо це стосується пренатальної діагностики, тобто під час вагітності, а ще краще, якщо батьки заздалегідь будуть знати ризики виникнення певного захворювання у дитини на основі їх генного тестування. Тому в Інституті розроблено низку методик для ДНК-діагностики найпоширеніших спадкових захворювань. Вони з успіхом впроваджені і широко використовуються у десятках медичних центрів та установ України (Інституті педіатрії, акушерства і гінекології АМН України, у Львівському, Донецькому, Кримському центрах медичної генетики, Інституті очних хвороб і тканинної терапії ім. Філатова АМН України, клініках «ISIDA-IVF», «Надія» й Інституті репродуктивної медицини, Інституті неврології, психіатрії та наркології АМН України й багатьох інших, зокрема, в Донецьку, Ужгороді, Хмельницькому). Нині Інститут бере участь у проекті Єврокомісії з вияснення генетичних основ розумової відсталості у дітей.
ШТУЧНА ШКІРА ДЛЯ ЛІКУВАННЯ ОПІКІВ
Як відомо, масивні опіки приносять людині тяжкі страждання і мають тривалий період загоєння. Для полегшення стану хворого в Інституті розробили так звані біоконструкції для лікування опіків – спеціальні покриття на основі синтетичних полімерів і отриманих у культурі клітин шкіри людини, що призначені для підготовки поверхні опіку до пересадки власної шкіри пацієнта. Проведені клінічні дослідження із застосуванням даних біоконструкцій на хворих із глибокими опіками показали стовідсоткове приживлення власної шкіри, яка зазвичай може відторгатися. Нині ця розробка застосовується у Центрі термальних опіків і пластичної хірургії Київської міської лікарні №2.
ПРЕПАРАТИ ДЛЯ МЕДИЦИНИ
Прогнозується, що з 2014 року більше половини всіх лікарських препаратів світового ринку складатимуть рекомбінантні білки, що отримуються за допомогою генно-інженерних технологій. Наші вчені були першими у країні, хто розробив промислову технологію отримання рекомбінантного інтерферону людини альфа-2а. Під торговою маркою «Лаферон» він уже багато років успішно використовується у медичній практиці. Ми розробили технології низки рекомбінантних білків, таких як бета-галактозидаза, гормон росту людини, фактор росту фібробластів, пролактин та інші.
Однією з останніх розробок є генно-інженерна система отримання нового біотехнологічного продукту – цитокіну сендомап, що може використовуватись як препарат, який сприяє пригніченню утворення нових кровоносних судин у пухлині, тобто він має певний протипухлинний потенціал.
У мережі аптек реалізується розроблений ученими Інституту препарат «Нуклеїнат» – імуномодулятор, який є перспективним для застосування при імунодефіцитних станах, алергії, псоріазі, лейкопенії, рахіті. Впроваджено новий противірусний препарат «Нуклекс», що зменшує активність вірусів грипу та парагрипу, блокуючи входження вірусів у клітину.
Клінічні випробування у системі МОЗ України пройшов препарат «Амітозин» із протипухлинною дією. Як противірусний та імунорегулюючий він із успіхом використовується у ветеринарії.
Але у нашій країні головною проблемою є не стільки розробка нових лікарських препаратів, скільки можливість їх впровадження у промислове виробництво, адже наша фармацевтична база більше ґрунтується на виробництві «генериків», розфасовці препаратів, що закуповуються за кордоном. Впровадження нових технологій і отримання нових вітчизняних препаратів є досить затратним й не викликає ентузіазму в основних гравців на фармацевтичному ринку.
РОЗРОБКИ ДЛЯ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА
Розроблений в Інституті бактерійний препарат KLEPS®, який забезпечує рослину біологічним азотом, стимуляторами росту і покращує її захисну систему, рекомендовано для передпосівної обробки насіння злакових та овочевих культур. Він підвищує врожай на 10–40%, посилює енергію проростання насіння, формує розгалужену кореневу систему, забезпечує раннє цвітіння та дозрівання врожаю, знижує захворюваність культур. Застосовуючи даний препарат, товаровиробники зменшують обсяги внесення мінеральних, азотних добрив і пестицидів на 70%, зберігають своє здоров’я та довкілля. Бажано було б і корисно більш широке його використання у нашому аграрному секторі.
Препарати «Амітозин» та «Ізатізон» із успіхом використовуються у сільському господарстві для діагностики, попередження й лікування агробактеріального раку рослин, безвакцинного попередження та лікування масових вірусних захворювань, підвищення продуктивності рослин і тварин. Спільно з інститутами рибного господарства і бджільництва Аграрної академії вивчається противірусна дія препарату «Ізатізон» в умовах виробництва.
На основі нової біотехнології прискореного виведення нових форм і сортів рослин отримано: люпин кормовий «Індустріальний», гарбуз «Кавбуз Здоров’яга», ехінацею пурпурову «Поліська красуня», жито «Древлянське», картоплю «Дзвін», томати «Українські». Вказані сорти фінансово підтримуються в Державному реєстрі сортів рослин України власними силами. Розробки дають значний соціальний і економічний ефект в окремих фермерських господарствах України (для масового їх використання необхідні більш сприятливі економічні умови).
БІОСЕНСОРИ
Велика увага в Інституті приділяється перспективним біотехнологічним дослідженням у галузі розробки біосенсорів. Це мініатюрні пристрої, що поєднують живі молекули або клітини з «неживими» фізичними перетворювачами, наприклад напівпровідниками. «Живий» компонент впізнає певну речовину, а «неживий» перетворює біологічний сигнал в електричний або оптичний, які легко вимірюються. Такі пристрої є чутливими, впізнають певну речовину серед багатьох споріднених і дають дуже швидку відповідь без застосування коштовного і громіздкого обладнання. Тобто більшість аналізів можна робити прямо у полі або біля ліжка хворого, і тільки частина їх має проводитись у стаціонарних медико-біологічних лабораторіях.
Наприклад, розроблені нашими вченими електрохімічні й оптичні біосенсори можуть використовуватися для медичної діагностики та контролю процесів гемодіалізу; визначення основних метаболітів (глюкози, молочної кислоти) і моніторингу нейротрансміттерів (хімічних передавачів сигналів між нейронами) у головному мозку; виявлення деяких мутацій і патогенних мікроорганізмів. В основному такого типу аналізи можуть проводитись пацієнтами і в домашніх умовах.
Ми також розробили біоаналітичні системи на основі електрохімічних біосенсорів для моніторингу довкілля. За їхньою допомогою можна проводити аналіз окремих токсичних речовин та їх сумішей (гербіцидів, пестицидів, формальдегіду, іонів важких металів тощо) у навколишньому середовищі та харчових продуктах. Що стосується останніх, то контроль їх якості включає також визначення глюкози, гліцеролу, етилового спирту та молочної кислоти у винах і винопродуктах; природних нейротоксичних речовин у картоплі, томатах й інших пасльонових.
Усі зазначені типи біосенсорів у даний час проходять стадію метрології.
– Над чим тепер працюють учені Інституту?
– Нещодавно Кабінет Міністрів України затвердив Державну цільову науково-технічну програму з розробки новітніх технологій виготовлення вітчизняних лікарських засобів. У її підготовці брали активну участь провідні вчені нашого Інституту. Маємо надію, що її більш-менш адекватне фінансування в цьому році дасть змогу прискорити цілу низку перспективних розробок. Наведу декілька прикладів.
Іноземне слово «драг-дизайн» давно увійшло у наш лексикон, а означає воно конструювання ліків. Загалом, створення нових ліків традиційними методами від наукової лабораторії до клініки триває не менше 10 років, а загальна вартість розробки становить десятки, а іноді й сотні мільйонів доларів. Тому дуже перспективною альтернативою є саме технологія конструювання нових ліків, або драг-дизайн. Базується вона на новітніх досягненнях молекулярної біології, біоінформатики, медичної хімії, що дуже важливо, використовуючи досягнення комп’ютерних технологій, особливо комп’ютерного моделювання. Практично всі провідні світові фармацевтичні компанії застосовують для розробки ліків технологію «раціонального дизайну», яка використовується також в Україні і постійно вдосконалюється зусиллями науковців нашого Інституту.
Основні переваги комп’ютерних розрахунків при розробці нових лікарських препаратів – скорочення часу і зниження загальної вартості проведених наукових досліджень. Комп’ютерні технології дають змогу віртуально (в комп’ютері, in silico) моделювати складні біомедичні експерименти, заощаджуючи реальні матеріальні та людські ресурси. Вчені нашої установи досконально володіють цими технологіями і використовують їх для створення, головним чином, протипухлинних і противірусних ліків.
Використовуючи, методи структурної біоінформатики і комп’ютерного моделювання, розпочато розробку потенційних ліків проти патогенів людини, що викликають туберкульоз, пневмонію й ентерококові хвороби. Отримання нових лікарських препаратів проти туберкульозу має особливе значення. По-перше, тому, що Україна на даний час знаходиться в стані епідемії туберкульозу. Спостерігається приблизно 100 випадків захворювання туберкульозом на 100000 населення, що є найвищим показником в Європі й Азії. Смертність становить 18%, а повне одужання – лише 50%. Головною проблемою України є широке поширення так званих «резистентних» штамів туберкульозної бактерії. Це означає, що використання багатьох відомих ліків не впливає на такі бактерії. Наприклад, в Індії нещодавно описано випадок, коли жоден із існуючих у світі лікарських препаратів не мав позитивного ефекту. Тому діагностика даних багаторезистентних штамів збудника туберкульозу й отримання нових ефективних ліків є одним із основних завдань, що стоять, зокрема, перед вітчизняними вченими. У нашому Інституті займаються обома аспектами цієї проблеми – як розробкою швидкої та надійної діагностики, так і отриманням нових протитуберкульозних препаратів.
– Чи вдається вирішувати проблеми, з якими стикається Інститут?
– У системі Академії наук, як і в країні в цілому, існує низка соціальних та економічних проблем: майже повна відсутність бази сучасних приладів, недостатній рівень оплати праці, не вирішено питання забезпечення науковців житлом, що разом призводить до «утечки мозгов» за кордон; введено надзвичайно короткий термін відряджень для стажування за кордоном або виконання спільних проектів, навіть у випадках оплати перебування за рубежем приймаючою стороною; відсутня можливість швидкого митного оформлення реактивів і препаратів, що веде за собою непередбачувані фінансові витрати; необхідність проведення іноді абсолютно безглуздих тендерних закупівель, що ускладнює процедуру придбання обладнання. Ще більш недоречним є проведення тендерів наукових проектів – для цього існує вітчизняна, та, за необхідності, міжнародна експертиза.
Але ми шукаємо шляхи для вирішення хоча б невеликої частини цих проблем. Наприклад, регулярно отримуємо фінансування від міжнародних і вітчизняних організацій на виконання наукових проектів; намагаємось створити гідні умови для активної участі молоді в наукових дослідженнях; забезпечили співробітників доступом до Інтернет-мережі та до міжнародних журналів online. Це сприяє інтенсифікації процесу ознайомлення з новими науковими досягненнями в світі та новими технологіями.
Ведеться якісна й плідна робота у центрах колективного користування унікальним науковим обладнанням, у нашому Інституті та в інших інститутах НАНУ. Їх головним завданням є надання вченим НАНУ можливості проводити хоча б частину досліджень на сучасних приладах.
Розмову вів Іван БАБЕНКО
Anna
Светлана
Олена