7/30/2019 MI Si Medicina

1/8

MI SI MEDICINA

Biotehnologia poate fi mpartita n mai multe seciuni in functie de domeniul de aplicare astfel:Biotehnologia roie (medicina) reprezint domeniul cel mai important de aplicare a biotehnologiei, acesta avand un

rol din ce n ce mai important n cazul realizrii de noi medicamente, pentru stabilirea diagnosticului sau preventia unor boli.Biotehnologia verde se refer la domeniul de aplicare din cultura modern a plantelor si se realizeaz prin metode

biotehnologice implicate in rezistena contra insectelor, ciupercilor, virusurilor i contra ierbicidelor.Biotehnologia gri se ocup cu domeniul ingineriei mediului, procesele biotehnologice ajutand la asanarea solului, la

tratarea apelor reziduale, la purificarea gazelor arse i a noxelor i la valorificarea reziduurilor.

Biotehnologia alb cuprinde domeniul de aplicare al biotehnologiei din cadrul industriei chimice (producia desubstane cum ar fi alcoolul, vitaminele, aminoacizii, antibioticele sau enzimele)

Biotehnologia albastr se concentreaz pe aplicarea tehnic n cadrul proceselor i al organismelor biologiei marine(organismele biologice ale mrilor lumii).

Milioane de oameni beneficiaz deja de medicamentele i vaccinurile obinute pe baza biotehnologiilor, incluzandmedicamente pentru diferite infecii, pentru cancer, pentru bolile autoimune i chiar pentru HIV/SIDA sau bolile corelatelui. Multe dintre medicamente se gsesc fie in stadiul de testare clinic pe subieci umani, fie sub cercetarea FDA (Food andDrug Administration) i se vor aduga celor medicamente obinute prin biotehnologii deja aprobate i folosite de ctre

pacieni.Medicamentele obinute prin biotehnologii deja trateaz sau amelioreaz anumite boli, cum ar fi: leucemia, AVC

(Accident vascular cerebral), scleroza in plgi, hepatita, poliartrita reumatoid, cancerul de san, fibroza chistic, diabetul,ciroza, etc.

Medicamentele obinute prin biotehnologii moderne folosite in prezent sunt:- factorii coagulrii: factorul VIII, IX- activatori ai plasminogenului- hormoni: insulina, hormon de cretere, gonadotropinele- factorii de cretere ai hematopoiezei: eritropoietina, factorul stimulant al colonului- interferonii -, -, - - interleukinele: interleukina-2- vaccinuri- anticorpi monoclonali- altele: TNF (Tumor necrosis factor), enzime.

Noile medicamente obinute pe cale biotehnologica, au ca precursori proteinele i sunt produse prin sciziunea celulei

bacteriene de ctre gene, iar apoi fuziunea celor dou pri formate (inginerie genic).Pentru sectorul de sntate uman cercetrile de biotehnologie aplicativ vizeaz trei campuri de activitate:- producerea de molecule cu efecte terapeutice,- producerea de vaccinuri- elaborarea unor metode mai eficiente de diagnosticare a bolilor.

Industria farmaceutic utilizeaz biotehnologii la prepararea de vaccinuri, sinteza hormonilor, interferonilor iantibioticelor.

Numrul de biofarmaceutice de pe pia s-a dublat in ultimii zece ani, iar situatia in Europa se prezinta astfel:Companiile biofarmaceutice au crescut de la 37 (1996) la 143 (2005).78% din produse biotehnologice sunt produse biofarmaceutice in UE.Biofarmaceuticele dein o pondere de 9% din piaa farmaceutic a UE.Ratele de cretere a numarului de produse biofarmaceutice sunt de dou ori decat cele non-biotehnologice.

Elaborarea tehnologiei ADN recombinat n primii ani ai deceniului al aptelea a fcut posibil aplicarea sa i ndomeniul geneticii umane, prima realizare fiind sinteza somatostatinei, un peptid neurotransmitor alctuit din 14aminoacizi. Gena somatostatinei a fost sintetizat artificial i clonat ntr-un plasmid inclus n celule bacteriene de

Escherichia coli, care n felul acesta produc peptidul neirotransmitor.Cu ajutorul tehnologiei ADN recombinat sunt produse proteine pentru tratamentul a numeroase maladii: cancer,

alergii i alte boli autoimune, dereglri imunologice, maladii ale sngelui, diferite maladii genetice, etc. Sinteza acestorproteine se realizeaz cu ajutorul unor celule bacteriene(Escherichia coli, Bacillus subtilitis etc.), celule de drojdii, culturi decelule de mamifere etc. Incapacitatea de a produce insulin determin apariia diabetului, astfel c pacientul are nevoie deinjecii zilnice cu insuluin, care n mod normal este produs de un numr redus de celule din pancreas i secretat n snge.Insulina este primul medicament obinut prin inginerie genetic.

Biofarmaceuticele, ca si medicamentele traditionale, au un scop comun acela de a trata sau preveni bolile, dar exista,

insa, diferente importante. Medicamentele traditionale sunt molecule mici ceea ce le confera o inalta stabilitate, elementinandu-si structura in conditii de mediu variabile; spre deosebire de acestea, proteinele terapeutice sunt formate dinzeci, uneori sute de aminoacizi. Biofarmaceuticele necesita un proces de productie mult mai elaborat; majoritatea sunt

1

7/30/2019 MI Si Medicina

2/8

proteine, iar acestea sunt extrem de sensibile la modificarile de mediu; de aceea, sunt imposibil de replicat prin mijloacechimice.

Medicamentele biotehnologice au urmatoarele avantaje fata de cele produse prin sinteza chimica:

1.) specificitate inalta pentru molecula tintita fiind eliminate interactiunile cu alte medicamente si reactiile adverse vorfi minime;

2.) nu patrund in interiorul celulei, nu ajung la nucleu, deci nu determina o crestere a riscului de cancer;3.) rata de metabolizare in organism este previzibila, ajustarea dozelor fiind mai facila;4.) exista o sansa mai mare de succes in etapa de dezvoltare a produsului: 25% din molecule ajung in fazele finale, de

inregistrare a produsului, fata de numai 8% dintre medicamentele clasice.

Cu ajutorul biotehnologiilor moderne se fabric n prezent o mare varietate de medicamente de uz uman sau veterinarca antibiotice, hormoni, vitamine, vaccinuri, anticorpi monoclonali, interferoni, ageni tuberculostatici, medicamenteantifungice etc. Progrese spectaculoase n biotehnologia sintezei de medicamente (in special a hormonilor s-au nregistrat nspecial dup ce s-au elaborat metode de transfer de gene prin tehnici de inginerie genetic.

Producerea de antibiotice

Antibioticele sunt substane produse de diferite microorganisme care au capacitatea de a inhiba sau distruge altemicroorganisme, unele implicate n declanarea anumitor maladii infecioase. Ele sunt deci substane cu aciune

bacteriostatic sau bactericid.Dup originea lor se deosebesc:a) Antibioticele de origine microbian, ce sunt substane sintetizate de ctre anumite microorganisme i mucegaiuri si

sunt substane folosite ca medicamente n cazul unor boli provocate de microorganisme patogene la om, animale sau plante.

Reprezentani ai acestora sunt :penicilina, streptomicina, cloromicetina, tetraciclina etc.b) Antibioticele vegetale (fitoncide) ce sunt substane cu proprieti antibiotice sintetizate de ctre plante, si prezint

aciune antibiotic mult mai redus comparativ cu cea a antibioticelor de origine microbian. Unele fitoncide prezint iproprieti insecticide fa de numeroase insecte, viermi, roztoare etc. Se cunosc peste 50 de fitoncide extrase din diferiteplante, dintre care cele mai importante sunt: allicina, dihidroallina, acidul benzoic, alil-senevolul etc. Plantele medicinale,florile, rdcinile i tuberculii unor plante (leguminoase, orhidee) reprezint o important surs de antibiotice vegetale.

c) Antibioticele de origine animal (interferon)Era antibioticelor a inceput odata cu decoperirile legate de penicilin prezentatede Fleming la Medical Research Club,

in ziua de 13 februarie 1929, ulterior, o serie de cercettori ocupandu-se de perfecionarea penicilinei. Din aproape 5.500 deantibiotice cunoscute in prezent, circa 1.000 de tipuri sunt produse de 6 genuri de ciuperci filamentoase, dintre care cele maiimportante suntPenicillium, Streptomyces i Cephalosporium, peste 500 de forme sunt sintetizate de dou tipuri de bacterii

nefilamentoase, iar 3.000 de forme sunt produse de 3 genuri de actinobacterii. Aceste specii de microorganisme sunt maieficiente in cazul suelor ameliorate prin mutaii, recombinri de ADN i, eventual, prin inginerie genetic.Microorganismele implicate in producerea de antibiotice sunt bacterii, actinomicetele i in special cele din genul

Streptomyces, ce siintetizeaza 3/4 dintre toi produii cunoscui de acest tip. Antibioticele produse de streptomicete austructur chimic variat putand fi clasificate in diferite tipuri in timp ce compuii cu funcii similare elaborai de bacteriiledin genul Bacillus sau din alte grupe (bacterii lactice, enterobacterii, Pseudomonas sp.) sunt in majoritate peptide sau

peptide modificate.Multe dintre tulpinile de bacili productoare de compui cu aciune antimicrobian au fost supuse unoranalize speciale de cartare molecular, de identificare i clonare a genelor codificate.

Metaboliii secundari datoreaz activitatea antibiotic capacitii lor de a inhiba procesele metabolice primare, cei mai muli

acionand ca antimetabolii deoarece asemnarea lor funcional cu metaboliii normali le permite legarea la situsuri int i sinterfere cu activitatea normal. Produii generai de o anumit cale metabolic inhib de obicei o alt cale metabolic, activitatea lor

depinznd n ntregime de configuraia antibioticului i de distribuia gruprilor funcionale la nivelul lor.Unii metaboliii secundari produi de streptomicete au o structur de tip macrolidic n care inelul macrociclic derivat de la

poliketide este nchis printr-o legtur lactonic, la acest inel macrociclic ataandu-se glucide bazice sau neutre.Eritromicina este produs de Saccharopolyspora erythraea (Streptomyces erythraeus) si conine un inel lactonic (eritronolid) i 2

glucide specifice, dezozamina i cladinoza, sinteza sa realizndu-se n aproximativ 30 etape enzimatice. Prin metode biotehnologice s-aajuns la obinerea unui antibiotic hibrid care a primit denumirea de 2-noreritromicin, n urma clonrii ntr-o mutant de S.erythraea,

care avea blocat ultima etap a sintezei eritromicinei a unui fragment de ADN de 30-35 Kb izolat de la S.antibioticus productor deoleandomicin.

Antibioticul tilozina produs de tulpini de S.fradiae prezint o structur chimic asemntoare eritromicinei, avnd un inel

macrociclic, tilanolid i trei glucide mai puin rspndite: micaminoza, micaroza i micinoza. Un alt grup de antibiotice derivate de la

poliketide este reprezentat de tetracicline i antracicline, antibiotice intens studiate datorit importanei lor practice deosebite. In acestssens prin clonarea n S.griseus a unor fragmente de ADN izolate de la S.rimosus s-a reuit identificarea a dou gene responsabile de

rezistena la tetraciclin.Aminoglicozidele reprezint un alt grup de antibiotice intens studiat datorit importanei practice deosebite, acordandui-se o

atentie speciala streptomicinei. S.griseus, este cel mai cunoscut productor al acestui antibiotic, unde cel puin 13 gene sunt implicate inbiosinteza i rezistena la streptomicin.

2

7/30/2019 MI Si Medicina

3/8

Streptomicetele produc mai mult de 60% dintre antibioticele cunoscute, si totusi exist relativ puine date referitoare laechipamentul enzimatic al acestor bacterii, ele fiind microorganisme din sol unde exist o mare varietate de posibilesubstraturi nutritive, si ca urmare o mare varietate de ci metabolice putand sintetiza unii intermediari prin ci diferite.

Producerea enzimelor hidrolitice de ctre streptomicete depinde in mare msur de substratul pe care acestea suntcultivate si se prefer utilizarea unor tulpini bacteriene productoare care ins s sintetizeze sau nu, in functie de scopulutilizarii substane toxice sau potenial toxice (cum sunt de altfel antibioticele).

Enzime entracelulare produse de unele bacterii productoare de antibioticeSpecia bacterian Antibioticul Enzimele detectate

S.griseus streptomicina proteaze, elastaze, amilaze, peptidaze

S.rimosus oxitetraciclin proteaze, elastaze,

S.aureofaciens tetraciclina proteaze, amilaze

S.fradiae neomicina proteaze, elastaze, keratinaze

S.antibioticus oleandomicina proteaze, amilaze

S.venezuelae cloramfenicol Proteaze

B.licheniformis Bacitracina Proteaze

B.subtilis Bacitracina Proteaze

O problema importanta este rezistena la antibiotice a unor tulpini bacteriene de colecie, izolate inainte deintroducerea acestora in practica medical ceea ce sugereaz ideea c populatiile bacteriene vin in contact cu asemenea

compui in mediul lor natural de via. In completare unii metabolii toxici fara o valoare antibiotic mare, pot potenaactivitatea altor antibiotice fa de care s-a instalat rezistena la numeroase tulpini bacteriene.

In functie de modul de actiune al antibioticelor acestea se pot imparti in:a)Antibiotice care inhib sinteza peretelui celularIn aceasta categorie se include penicilinele ce au fost descoperite ca fiind produse de ctre fungi, dar s-a dovedit c

asemenea antibiotice pot fi sintetizate i de ctre unele specii de streptomicete cum ar fi: S.clavuligerus, S.lipmanii,S.lactamgens, S.cattleya. Un alt exemplu in acest sens este nistatinul, antifungic produs de unele specii ale genuluiStreptomyces, precum si polimixinele, bacitracinele i gramicidinele, antibiotice polipeptidice produse de bacterii aparinndgenului Bacillus (B.polymixa, B.licheniformis, B.brevis). modul de actiune al acestor compui se rezuma la faptul cadetermin creterea permeabilitii membranei plasmatice ceea ce are drept consecin ieirea masiv a unor aminoacizi saua unor derivai purinici i pirimidinici din bacterie, conducnd n final la moartea celulei, sau acioneaz asupra sintezei

peretelui celular, determinnd inhibarea biosintezei peptidoglicanului unor bacterii Gram negative cum este cazulbacitracinei.

b)Antibiotice care inhib sinteza proteinelorDintre antibioticele care afecteaz sinteza proteinelor, un loc important este ocupat de aminoglicozide, tetracicline i

cloramfenicol, toate cele trei grupe fiind sintetizate de specii ale genului Streptomyces.Aminoglicozidele reprezint un grup foarte important de antibiotic, primul din acest grup care a fost descoperit fiind

streptomicina produs de S.griseus, dup care au fost izolate numeroase alte aminoglicozide de la bacterii aparinnd nprincipal genurilor Streptomyces i Micromonospora: gentamicina produs de specii de Micromonospora, neomicinaprodus de S.fradiae, ribostamicina produs de S.ribosidificus, kanamicina sintetizat de tulpini de S.kanamyceticus,butirozina produs deB.circulans etc. Aminoglicozidele sunt antibiotice cu spectru larg de aciune utilizate de obicei pentrutratarea unor infecii produse de tulpini deE.coli, Klebsiella sp., Proteus sp., Enterobactersp.

Tetraciclinele reprezint un alt grup de antibiotice din categoria celor ce inhiba sinteza proteinelor, produse n specialde bacterii din genul Streptomyces ele avnd n comun o structur chimic de baz dar variind n funcie de gruprilechimice care se leag de aceast structur: oxitetraciclina (produs de S.rimosus), tetraciclina (produs de S. viridofaciens),clortetraciclina (sintetizat de S.aureofaciens). Si tetraciclinele prezint un spectru destul de larg de aciune fiind

bacteriostatice pentru diferite bacterii Gram pozitive i Gram negative (cu excepia tulpinilor de Salmonella, Proteus iPseudomonas) i bactericide n concentraii mari.

c)Antibiotice care inhib replicarea i transcrierea informaiei geneticeCele mai impotante antibioticele care mpiedic replicarea ADN i sinteza ARNm sunt novobiocina, coumermicina i

rifamicinele.Novobiocina este un antibiotic cu o structur complex produs de S.sphaeroides cu efect, bacteriostatic asupra

bacteriilor, mai ales n mediu acid. Coumermicina A, un antibiotic izolat din culturi de S.rishinensis i S.hazeliensis.Rifamicinele, avnd ca reprezentat tipic rifampicina reprezint un grup de antibiotice macrociclice care acioneaz, n

special, asupra micobacteriilor i bacteriilor Gram pozitive.Modul de actiune se refera la faptul ca la concentraii mai mici de novobiocin i cumermicin A este afectat doar

replicarea ADN din celulele sensibile, dar in acelas timp pot afecta aciunea ADN girazei, enzim ce determin suprarsuciri

3

7/30/2019 MI Si Medicina

4/8

ale moleculei de ADN, ceea ce explic inhibarea replicrii i transcrierii informaiei genetice. Mecanismul de aciune alrifamicinelor se refer la inhibarea procesului de transcriere a informaiei genetice prin blocarea aciunii enzimei ARN-

polimeraza.

Producerea de vaccinuri

Prevenia bolilor este esenial pentru sntatea public, este mai bine s previi o boal decat s o tratezi. Producereavaccinurilor incepe prin generarea organismului care produce boala, patogenul, acesta din urma trebuind a fi modificat

pentru a avea siguranta ca nu determina boala. Acest lucru se poate face prin:- Slabirea sau atenuarea patogenului, prin cresterea lui repetata pentru a selecta o tulpina care nu cauzeaza complicatii ale

bolii natural;- Extragerea acelei parti a patogenului care genereaza raspunsul imun si utilizarea sa in vaccine;- Omorarea patogenului.

Patogenul modificat poate fi apoi combinat cu alte componente (adjuvanti, stabilizatori si conservanti) pentru aproduce o doza de vaccin. In prezent cercetatorii lucreaza la noi moduri de a produce vaccinurile, in principal folosindbiotehnologia si ingineria genetica.

Realizarea de vaccinuri prin intermediul biotehnologiilor moderne insemna petru Europa :Siguran si preventie pe plan medical, de exemplu, vaccinuri biotehnologice realizate doar cu proteinele unor ageni

patogeni care declaneaz reacia sistemului imunitar;Sumele pentru vaccinuri in UE au crescut de la 65 milioane euro (1996) la 259 milioane euro (2005);Vaccinuri pentru Hepatita B.

Obinerea de vaccinuri prin metode biotehnologice moderne are in vedere urmatoarele aspecte:- se urmrete producerea de vaccinuri de uz uman sau veterinar prin tehnici de inginerie genetic, cu ajutorul

bacteriilor se sintetizeaz numai proteinele sau antigenele fa de care organismul reacioneaz imunologic, producandanticorpi, (tehnologia clasic prezenta un anumit grad de periculozitate);

- se urmareste obinerea de vaccinuri pe cale biotehnologic contra febrei aftoase, maladie viral foarte contagioas,care afecteaz bovinele, ovinele i porcinele si se poate transmite si la om.

- s-a reuit producerea unui vaccin impotriva febrei aftoase prin biotehnologii moderne, respectiv prin transferul genelorce determin sinteza proteinelor virale in celulele bacteriei E. coli;

- obtinerea vaccinului impotriva Hepatitei B, care este o maladie foarte rspandit ce determin tulburri grave instructura i funciile ficatului i uneori chiar cancerul hepatic.

Modalitatea de actiune preventiva a vaccinurilor se rezuma la urmatoarele etape: form nevirulent a agentului patogen care provoac boala este introdus in organism; organismul produce anticorpi pentru a lupta impotriva acestor substane invadatoare; im cazul in care organismul este vreodat atacat de agenii patogeni care provoac boala, anticorpii vor fi prezeni

pentru a-i distruge.

Vaccinurile pot fi:Vaccin viral viu-atenuat (de exemplu vaccinul pentru rujeol, oreion, rubeol i vaccinul pentru rotavirus) ce conin

tulpini atenuate care sunt aproape complet sau complet lipsite de capacitatea lor de a cauza boli, dar sunt capabile s inducrspunsuri imune protectoare;

Vaccin viral omorat, inactivat atunci cand capacitatea virusului de a se replica este distrus, dar inveliul exterior alvirionului viral rmane intact, fiind incapabil s produc o infecie sau boala.

Vaccin viral sub-unitar (anti-gripale i vaccinurile anti-hepatit B)Vaccin din celule bacteriene intregi alctuit din suspensii de celule bacteriene intacte care au fost atenuate sau

inactivate. Vaccinul BCG (Bacilul Calmette-Gurin) mpotriva tuberculozei este singurul vaccin bacterian viu-atenuatutilizat pe scar larg.

Vaccinul toxoid creat doar pe baza toxinei inactivate (denumit toxoid) i nu pe baza celulei bacteriene ntregi(vaccinurile anti-difterie i anti-tetanos )

Vaccinul bacterian sub-unitar este alctuit doar pe baza unor pri ale bacteriei care determin o reacie imun deprotecie. Un exemplu adecvat pentru acest tip de vaccin sunt componentele pertusis acelulare ale vaccinurior DTPa(difterie, tetanos, pertusis acelular) care includ fragmente proteice ale bacterieiBordetella pertussis.

Vaccinul polizaharidic alctuit din forme extrase i purificate ale nveliului exterior bacterian polizaharidic, la care seadauga o proteina transportoare (toxoid tetanic, toxoid difteric, proteina D din Haemophilus influenzae non-tipabil). Aceastmetod este folosit n vaccinurile anti-Haemophilus influenzae tip b (Hib) i anti-Streptococcus pneumoniae.

4

7/30/2019 MI Si Medicina

5/8

n prezent, exist peste 600 de vaccinuri n faza de dezvoltare, acestea acoperind o vast arie terapeutic, inclusivcancerul de sn, cancerul genito-urinar, hepatita i HIV.n urmtorii cinci ani, se previzioneaz o cretere de 20% avaccinurilor.

Vaccinurile obinuite se bazeaz pe folosirea agenilor infecioi inactivai sau atenuai, ce prezint proteine desuprafa (antigene) pentru limfocitele B i T, care in felul acesta reacioneaz rapid i distrug agentul infecios inainte de a

produce afeciuni organismului. La aceste tipuri clasice de vaccinuri prezint pericolul potenial de a infecta cu ageniinfecioi, astfel c, de pild, copiii vaccinai contra poliomelitei pot contacta maladia prin intermediul vaccinului. Printehnologia ADN recombinat se produc exclusiv antigenele de suprafa la care rspunde sistemul imunologic alorganismului, neexistnd riscul infeciei.

Virusul hepatitei B (HBV) infecteaz celulele ficatului, le afecteaz i uneori produce cancer. Virusul hepatitei B areun genom format dintr-o macromolecul de ADN, format la randul ei din 3200 de nucleotide i o nucleocapsid careconine antigenele de suprafa reprezentate in special printr-o polipeptid. Antigenele acestui virus, notate astfel: HBs iHBe sunt sintetizate sub controlul a 2 gene diferite, ce au fost transferate in celulele bacteriene de E. coli care au nceput ssintetizeze proteinele virale. Proteinele sintetizate n celulele bacteriene au fost folosite la prepararea vaccinului mpotrivahepatitei B care determin formarea de anticorpi protectori n organismul vaccinat. S-a reuit apoi, transferul genelorvirusului hepatitei B care determin sinteza proteinelor din care se prepar vaccinul n celulele de S. cerevisiae. Drojdiiletransformate cu ajutorul plasmidelor produc mari cantiti de protein viral (1-2% din totalul proteinelor drojdiei), si se pot

produce astfel ntre 50 i 100 mg protein viral per litru de mediu de cultur. Acest vaccin este produs industrial icomercializat, el neprezentnd pericolul infectrii persoanelor vaccinate.

n mod similar, cu ajutorul bacteriilor i a drojdiilor recombinate genetic in vitro se pot obine vaccinuri mpotriva anumeroase maladii virale, ca de ex, poliomielita, turbarea i altele.

Progresele nregistrate n ultimii 10 ani n biologia molecular i n domeniul imunologiei au permis o mai bunnelegere a numeroase boli i au condus la dezvoltarea unor strategii noi pentru vaccinare, n acest sens fiind obinerea de

plante transgenice n care s se exprime gene pentru diferii antigeni. Proteinele antigenice derivate de la planteletransgenice elimin sau previn unele boli la animale, iar in testele clinice in cazul oamenilor ele s-au dovedit a fi sigure ifuncionale.)

Au fost elaborate tehnologii de obinere a vaccinurilor subunitare care au avantajul c elimin utilizarea de virusurivii sau de microorganisme patogene active, administrarea facandu-se pe cale oral i nu prin injectare, dar dezavantajul csunt termosensibile i foarte scumpe.

Primele testri clinice ale unui vaccin produs de plante au fost realizate in 1998, prin demonstrarea caracteruluiimunogen al unui antigen bacterian recombinat produs de plante transgenice de cartof: administrarea vaccinului comestibila condus la inducerea unui rspuns imun la nivelul mucoaselor.Cercetri ulterioare au permis exprimarea antigenului de

suprafa de la virusul hepatitei B in plante transgenice de tutun i salat, a unei glicoproteine antigenice de la virusulturbrii in plante transgenice de tomate, a subunitilor toxinei holerice in plante transgenice de tutun sau cartof sau aglicoproteinei B de la citomegalovirusul uman in plante transgenice i semine de tutun .

Cele mai recente studii referitoare la vaccinurile comestibile produse de plante transgenice in de stabilireametodelor optime de administrare i dozare, a tipului de rspuns imun i a duratei sale n cazul patogenilor de tipul Vibriocholerae, Pseudomonas aeruginosa, HIV sau virusul hepatitei murine.De asemenea s-a evideniat posibilitatea folosirii unor

proteine antigenice derivate de la Staphylococcus sureus produse de plante transgenice ca vaccinuri orale sau nazale. Astfelau fost detectate imunogloguline de tipul IgA i IgG specifice pentru antigenul folosit n toate fluidele testate. Exemplele potcontinua pentru anumite tipuri de vaccinuri produse de plante cum sunt vaccinul antidiareic ce conine o protein sinteticderivar de la subunitatea B a toxinei termolabile deE.coli, produs de plante de cartof transgenic si vaccinul oral obinut dincartof care conine antigenul de suprafa al virusului hepatitei B (HbsAg).

Biosinteza vitaminelor

Avand in vedere ca majoritatea microorganismelor prototrofe sunt capabile s sintetizeze toate vitaminele sauprovitaminele de care au nevoie, uneori in cantiti mult superioare fa de necesarul propriu, pentru procesele de cretere, sidat fiin faptul ca in corpul microorganismelor s-a constatat prezena provitaminelor A, C i D precum i a vitaminelor B1(tiamina), B2 (riboflavina), B5 (acidul pantotenic), B12 (cianocobalamina), C (acidul ascrbic), F (acidul folic), H (biotina),K (acidul para-aminobenzoic), PP (nicotinamida), cercetatorii au perfectionat folosirea biotehnologiilor in sintezavitaminelor.

Astfel vitamina B1 (tiamina) este sintetizat de drojdii (mai ales Endomyces vernalis) i de mucegaiuri din genulAspergillus, vitamina B2 (riboflavina) de numeroase microorganisme: bacterii (Aerobacter, Azobacter, Mycobacterium i,mai ales, Clostridium, Vitamina H (biotina) este sintetizat, pe cale microbiologic, in prezena unor microorganisme ca:

Phycomyces blakesleana, Torulopsis utilis, Hansenula anomala i Aspergillus niger. Vitamina K, deriv din menadion, princultura algei Chlorella sau a anumitor specii din genulBacillus.

Vitamina PP (nicotinamida) nu este realizat prin culturi de microorganisme ci este sintetizat numai in plantele

superioare. Provitamina A (carotenul) este un pigment carotenoidic de natur terpenic, sintetizat din izo-pentil-pirofosfat sise gsete in anumite alge, inMucoraceae i in mucegaiul Choanephora.

5

7/30/2019 MI Si Medicina

6/8

Biosinteza multor vitamine pe cale biotehnologic poate fi realizat prin anumite intervenii genetice (mutaii) sau prinreglarea proceselor metabolice din celulele diferitelor microorganisme.

Producerea de hormoni

a. Insulina este hormonul a crui absen din organismul uman provoac diabetul, boal rspandit pe glob la peste 60milioane de locuitori. Ea a fost extras, iniial, din pancreasul de caine (in 1921) i experimentat, 1922, la un biat de 9 ani,cu rezultate spectaculoase, apoi s-a produs insulina pe cale industrial, prin extragerea din pancreasul de bovine i porc, cuun randament de 100g insulin cristalizat la 100 kg pancreas (0,01 %)

Insulinaextras din bovine i porcine, provoac unele efecte secundare iar unii diabetici fac intoleran la hormonul

animal fiind necesar purificarea insulinei animale pan la calitatea celei umane, procedeu realizat de firma danez NovoIndustrie (1981) prin substituirea aminoacidului alanina cu treonina, pe cale enzimatic i separare cromatografic.

Sinteza celor dou gene implicate in producerea catenelor polipeptidice ale insulinei a fost realizat la universitateadin California (in 1979), prin includerea genei mutante intr-o plasmid, cu rol de vector i transferul in bacteria Escherichiacoli care produce circa 100.000 molecule de insulin la o celul bacterian. Pe aceast cale microbiologic, s-a dezvoltatsistemul industrial de producere a proinsulinei i insulinei identice,structural i funcional, cu cea uman, fr a provocaeventuale efecte secundare (tulburri renale i oculare).

b.Somatostatina este un hormon produs in organismul uman de gland hipotalamus, situat la baza creierului, avandrol in eliberarea insulinei i a unor hormoni de cretere. Hormonul a fost sintetizat cu ajutorul bacteriilor recombinategenetic incepand din 1977, fiind primul hormon uman sintetizat in acest fel. Gena somatostatinei, a fost introdus intr-o

plasmid i transferat in bacteria Escherichia coli care poate sintetiza circa 10.000molecule de somatostatin la o celul bacterian. Este astfel posibil sinteza a 1 mg hormon la 1 litru de cultur

bacterian, cantitate ce s-ar extrage din 5 milioane creiere de oaie, firmele producatoare putand sa obina un randament carepoate ajunge la 3% somatostatin.

c. Somatotropina este hormonul uman de cretere (HCU), o protein format din 191 aminoacizi, secretat de celulelelobului anterior al hipofazei, intr-o cantitate foarte redus (4-6 mg/ hipofiz), iar absena provoac nanismul hipofizar(piticirea), frecvent in lume la 7-10 persoane dintr-un milion de indivizi. Administrarea de somatotropin prin injeciiintramusculare in doze de 10 mg/ kg corp/ an, fracionate in cate 3 infecii pe sptman, ar asigura un ritm normal decretere a copiilor suferinzi de piticire, condiia reuitei tratamentuluifiind totusi inceperea la varsta de 4-5 ani, cu continuare

pan la sfaritul pubertii i chiar dup aceasta.La inceput extragerea i purufucarea somatotropinei umane (HCU) a fost realizat de din hipofiza cadavrelor, cu un

randament foarte redus (4-5 mg hormon dintr-o hipofiz uman). Apoi s-a reuit sinteza chimic a genei care determinformarea acestui hormon, respectiv o protein complex.Dup clonare n celula bacterian de Escherichia coli, care se cultiv

uor si se multiplic rapid, a rezultat o su selecionat care poate produce circa 100.000 de molecule de somatotropin la ocelul bacterian. Hormonul obinut prin biotehnologie poate fi folosit la stimularea creterii, att la oameni ct i la animaledomestice.

n ultima perioada cercetrile se indreapta catre selecia unui hormon de cretere uman cu o mai mare afinitate pentrureceptor. Alterarea de acest gen necesit cteva schimbri de poziie a unor aminoacizi, iar pentru schimbarea a numai 3aminoacizi snt posibile 8000 de combinaii diferite, iar pentru a schimba 10 aminoacizi se pot realiza 1013 combinaiidiferite, motiv pentru care se folosete o tehnic nou pentru selecia acestor proteine cu schimbri utile n ce priveteafinitatea pentru receptor.

d.Interferonul reprezint o clas de proteine cu proprieti antivirale i antitumorale. A fost descoperit de ISAACS iLINDENMANN (1957), n Anglia, sub forma unei proteine globular, produs de leucocitele din celula animal sau uman.Interferonul endogen, ct i cel administrat prin injecii, stimuleaz sistemul imunitar, nhib nmulirea celulelor anormalei combate bolile de origine viral (grip, hepatit, zona Zoster).

In anul 1981, cercettorii au reuit s transfere genele interferonului leucocitar n celulele drojdiei de bere(Saccharomyces cerevisiae) cu genom modificat, fiecare celul de drojdie fiind capabil s sintetizeze pn la 106 moleculede interferon, iar randamentul fiind destul de mare n sensul c la 1 litru de mediu nutritiv de celule de levuri s-au produs25.000 de uniti de interferon. n prezent, interferonul leucocitar i fibroblastic se produce la un pre de cost foarte redus, nurma reuitei de transfer a genelor n celulele bacteriene de Escherichia coli i Methylophilus methylotrophus, urmrindu-seefectele n combaterea cancerului, prin aprarea limfocitelor capabile s distrug celulele canceroase si tratarea altor bolicum ar fi keratita herpetic, papilomul laringian, scleroza n plci, guturaiul, gripa, hepatita i zona Zoster.

Prin transferul genelor interferonului n celule bacteriene sau de drojdii o seam de laboratoare i societi de ingineriegenetic din SUA, Japonia, Anglia, Frana, Israel, Suedia i altele au nceput producia industrial de interferon, acesta fiindde 200 de ori mai ieftin decat cel produs prin culturi de celule umane.

Recent, firma internaional de biotehnologie Biogen din S.U.A. a reuit s perfecioneze o tehnologie prin care seproduce o cantitate de interferon de 1.000 de ori mai mare decat cantitatea obinut prin prelucrarea aceluiai volum de

sange uman, produsul fiind utilizat, cu mare succes, i in combaterea hepatitei (B, C).

6

7/30/2019 MI Si Medicina

7/8

e. Cortizonul este un hormon steroidic cu o eficacitate foarte ridicat in tratamentul reumatismului articular. Sintezachimic a cortizonului se realizain mod normal in 37 de etape, dar prin inmuliea ciupercii Rhizopus arhizus carehidrolizeaz progesteronul, sinteza cortizonului s-a redus la numai 11 etape, cu un pre de cost mai redus de 400 de ori.

f. Hormonii sexualisau gonadotrofinele, sint hormoni produsi de hipofiza care orchestreaza miliarde de operatiunibiologice in timpul unei vieti.

Numeroase microorganisme eucariote conin molecule de tip hormonal care joac un mare rol in manifestrilesexualitii, unele dintre ele fiind de natur steroid. Sterozii sexuali, cu aplicaii in chimia farmaceutic, sunt transformai(bioconvertii) prin procese de oxidare, reducere, hidroliz, condensare i izomerizare.La aceste reacii particip, dup caz,microorganisme din genurile Aspergillus, Curvularia, Fusarium, Flavobacterium, Glomerella, Mycobacterium, Pellicularia

i Rhizopus, Rhodotorula glutinis i Kloeckera jensenii, Penicillium chrysogenum.

d.Interferonul reprezint o clas de proteine cu proprieti antivirale i antitumorale. A fost descoperit de ISAACS iLINDENMANN (1957), n Anglia, sub forma unei proteine globular, produs de leucocitele din celula animal sau uman.Interferonul endogen, ct i cel administrat prin injecii, stimuleaz sistemul imunitar, nhib nmulirea celulelor anormalei combate bolile de origine viral (grip, hepatit, zona Zoster).

In anul 1981, cercettorii au reuit s transfere genele interferonului leucocitar n celulele drojdiei de bere(Saccharomyces cerevisiae) cu genom modificat, fiecare celul de drojdie fiind capabil s sintetizeze pn la 106 moleculede interferon, iar randamentul fiind destul de mare n sensul c la 1 litru de mediu nutritiv de celule de levuri s-au produs25.000 de uniti de interferon. n prezent, interferonul leucocitar i fibroblastic se produce la un pre de cost foarte redus, nurma reuitei de transfer a genelor n celulele bacteriene de Escherichia coli i Methylophilus methylotrophus, urmrindu-seefectele n combaterea cancerului, prin aprarea limfocitelor capabile s distrug celulele canceroase si tratarea altor boli

cum ar fi keratita herpetic, papilomul laringian, scleroza n plci, guturaiul, gripa, hepatita i zona Zoster.Prin transferul genelor interferonului n celule bacteriene sau de drojdii o seam de laboratoare i societi de inginerie

genetic din SUA, Japonia, Anglia, Frana, Israel, Suedia i altele au nceput producia industrial de interferon, acesta fiindde 200 de ori mai ieftin decat cel produs prin culturi de celule umane.

Recent, firma internaional de biotehnologie Biogen din S.U.A. a reuit s perfecioneze o tehnologie prin care seproduce o cantitate de interferon de 1.000 de ori mai mare decat cantitatea obinut prin prelucrarea aceluiai volum desange uman, produsul fiind utilizat, cu mare succes, i in combaterea hepatitei (B, C).

PROBIOTICELE UTILIZATE IN FARMACOLOGIEProbioticele sunt concentrate viabile i atent selecionate de bacterii acido lactice, compuse adesea din tipuri de

Lactobacillus acidophilus i Streptococcus faecium, ori tipuri de Bacillus, folosite pe scar larg n hran, cu scopul de a

preveni tulburrile digestive sau pentru imbunatatirea sanatatii umane. Ele sunt definite ca bacterii intestinale naturale care,dup administrarea oral a dozelor, sunt capabile s se stabileasc, eventual s se colonizeze n tractul digestiv i s pstrezesau s determine creterea florei naturale a tractului digestiv pentru a preveni colonizarea organismelor patogene i pentruasigurarea inocuitii hranei.

n rile aparinnd CEE, n grupul produselor probiotice sunt incluse drojdii, enzime i alte substane cu rol probiotic,nct anul in 1988 existau cel puin 20 preparate biologice diferite, avnd la baz microorganisme aparinnd genurilor:Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Aspergillus, Saccharomyces, Enterococcus, Pediococcus, enzime (lactoperoxidaza,gluconaza, enzime nespecifice) i extracte de rumen.

In condiii normale, cteva sute de specii de bacterii se gsesc n intestinul gros, majoritatea microorganismelor fiindanaerobe, sau cu o anumita toleran fa de oxigen care variaz de la bacteriile metanogene de exemplu, strict anaerobe, la

bacteroide i bifidobacterii relativ tolerante.Probioticele n produse alimentare i farmaceutice au aprut pe pia n cursul ultimilor 20 de ani.

Mecanismul de aciune al probioticelor explicarolul lor in mbuntirea sntii la om i animale si are vedereurmtoarele:probioticele inhib proliferarea bacteriilor patogene prin producerea de acizi organici i prin reducerea pH;produc H2O2 i previn aderarea bacteriilor patogene la peretele intestinului;produc metabolii capabili s neutralizeze toxinele bacteriene in situ ori s inhibe producia lor, si datorit

atenurii catabolismului intradigestiv, apare o reorientare a microflorei intestinale cu scopul reducerii absorbiei substanelortoxice cum ar fi NH3, amine, indoli precum i diminuarea transformrilor srurilor biliare i acizilor grai, n produi toxici;

prin enzimele proprii probioticele cresc utilizarea digestiv a hranei precum i procesele de detoxifiere, prin:-hidroliza lactozei de ctre - galactozidaz;-degradarea - glucanilor de ctre anumite sue probiotice glucanolitice;-stimularea activitii enzimatice a microorganismelor endogene care permite o mai bun asimilare a alimentelor;- stimularea unor enzime propii celulelor epiteliale ale tractului digestiv (lactaz, invertaz, maltaz)

-probioticele stimuleaz producia de vitamine aparinnd n general grupului B i determin creterea activitiilactazei, invertazei i maltazei;

prolifereaz n tractul digestiv fiind n competiie cu bacteriile patogenese;

7

7/30/2019 MI Si Medicina

8/8

reduc catabolismul microbilor, tinznd ctre un echilibru mult mai bun ntre lactobacili;probioticele stimuleaz producia sistemului imunologic ca barier de protecie a tubului digestiv, fiind demonstrat

c administrarea de preparate cu Lactobacillus poate stimula producia de - globuline, - interferoni i intensificactivitatea macrofagelor responsabile de ndeprtarea agenilor patogeni din organism;

pot influena imunitatea nespecific, printr-o activare a limfocitelor T i B ceea ce provoac o cretere a nivelului de interleukine i anticorpi circulani (imunoglobulinele M i imunoglobulinele G).

probioticele au efect asupra produciei de anticorpi (n principal imunoglobulinele A) n lumenul intestinal, care in contact cu antigenii prezeni

n coninutul digestiv, pot inhiba adeziunea bacteriilor patogene la suprafaa mucoasei tractului digestiv prin:

- aglutinarea bacteriilor;- fixarea pe proteinele adezive, prezente la suprafaa bacteriilor;- interferarea n complexul substane adezive/receptori celulari.Antibioticele desi sunt de nelipsit in tratamentul unui numar mare de boli, pot conduce la dezechilibre ale florei, fiind

deja cunoscute efectele administrrii prelungite sau a unor doze mari pe perioade scurte. Modul in care caestea dauneaza sepoate rezuma astfel:

- cefalosporinele, cloramfenicolul, neomicina singur sau asociat cu metronidazolul conduc la reducerea, pn laeliminarea total a lactobacililor din microflora normal;

- tetraciclina si ampicilina conduc la aa numita diaree de putrefacie, al crei agent patogen este tulpina Proteus,responsabil a florei de putrefacie care se dezvolt excesiv n urma terapiei cu antibiotic;

- administrarea de neomicin cu metronidazol conduce att la scderea numrului de lactobacili n mod semnificativ,dar i la reducerea florei anaerobe.

Pentru a elimina efectele nefaste ale antibioterapiei i a restabili echilibrul intestinal se administreaz aa numiteletulpini probiotice (bacterii, drojdii) care tranziteaz n stare vie tubul digestiv, colonizeaz temporar acest loc i prinmecanisme directe (antagonism microbian, aciune enzimatic) sau indirecte (stimularea imunitii gazdei) conduc larefacerea florei locale att ca structur ct i ca numr.

Cercetrile farmacologice au artat c ingestia de S. cerevisiae are efect protector asupra florei microbiene intestinale,inhibnd dezvoltarea bacteriilor patogene, stimuleaz imunitatea organismului i echilibreaz flora saprofit intestinal,dup tratamentul cu antibiotice i chimioterapice. Efectele nedorite ale antibioticelor sunt legate de toxicitatea direct aanumitor produse asupra unor organe (ex. nefrotoxicitate, neurotoxicitate, hepatotoxicitate), de efectele farmacologice imetabolice (interaciunea metabolic a macrofagelor cu teofilina) i de efectele imunologice (alergii la penicilin i alteantibiotice).Principalul efect al tratamentului cu antibiotice (toate familiile de antibiotice provoac) se refera la episoadeleuoare sau severe de diaree, forma cea mai frecvent a deranjamentelor intestinale fiind data de colita

pseudomembranoas.Dintre microorganismele existente, care pot fi folosite pentru restabilirea echilibruluiintestinal,Saccharomyces boulardii a fost cea mai studiat.Presiunea selectiv a antibioticelor asupra microflorei digestive (care la vrsta fiziologic formeaz un ecosistem

bazat pe echilibrul florei intestinale) i asupra interaciunii mucoasei digestive cu aceast flor, rezult din mecanismecomplexe, fiziologice i psihologice, ca sinteza vitaminelor, degradarea glucidelor, lipidelor i proteinelor alimentare,impactul asupra vilozitilor i reinnoirea celular.

Datorit stresului, al antibioterapiei sau al tratamentelor imunosupresoare, la pacienii cu disfuncii grave se constatanomalii profunde ale microflorei digestive. n acest context, o patologie sever asociat cu ingestia unor substane, estecolita pseudomembranoas n timpul creia multiplicarea bacteriei Clostridium difficile este nsoit de producerea

simultan a dou toxine o enterotoxin (A) i o citotoxin (B) responsabile de leziunile stomacale i de simptomesevere. Experienele efectuate pe cobai (infectai cu Clostridium difficile) si datele obinute din cercetri in vitro, auconfirmat potenialul lui S. boulardii n prevenirea efectelor patogene ale toxinelor A i B i n scderea numrului de

colonii ale microorganismelor patogene, precum si in manifestari grave de diaree, determinnd decontaminarea selectiv atractului digestive. La om, n colitele pseudomembranoase provocate de Clostridium difficile, administrarea de S. boulardiin doz de 500 mg de dou ori/zi, reduce semnificativ procentul recidivelor, cu 85%.

Un studiu recent demonstreaz la obolani, persistena celulelor viabile de S. boulardii (procentul fiind de 72% la 96de ore, dup administrare) n timpul tratamentului cu antibiotice ca neomicin, ampicilin, clindamicin.

Un alt efect al perturbrii microbiene legate de antibiotice este fenomenul de translocaie bacterian care duce lacomplicaii infecioase n afara sferei digestive cum ar fi pneumopatiile la pacienii din reanimare. Translocaia are loc ntraumatisme abdominale, iradieri, stri de oc, chimioterapie sau la toi factorii susceptibili de modificarea permeabilitiiepiteliului intestinal; cantitatea de inocul bacterian fiind de asemenea un factor favorizant (> 1012 UFC). Prevenireatranslocaiei se face prin decontaminarea selectiv a tubului digestiv, utiliznd n administrarea oral, doze forte deantibiotice asociate: polimixin, colistin, acid nolidixic asociat cu aminozide i amfotericin B, cteodat i cuvancomicin.

Pentru descoperirea de noi ageni terapeutici umani, celulele de drojdie (Saccharomyces cerevisiae iSchizosaccharomyces pombe)au fost utilizate ca modele experimentale n cercetrile biomedicale referitoare la oncologie,farmacologie, toxicologie, virologie i genetic uman.

8