СОВРЕМЕННАЯ ИММУНОБИОТЕХНОЛОГИЯ НА СТРАЖЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
В.М. Безгин, доктор биологических наук, профессор, заслуженный ветеринарный врач Российской Федерации, директор Курской биофабрики - фирма «Биок»
Отечественная наука накопила солидный опыт понимания универсальных законов и закономерностей, которые явно или косвенно противостоят умозрительным настроениям. Примером этому могут стать планетарная концепция Вернадского, идеи Павла Флоренского в отношении физического и исторического пространства.
Разъединенные в различные дисциплины, наши знания становятся неадекватными современным реалиям, в которых сейчас в основном преобладают интеграционные процессы. Только благодаря концепции трансдисциплинарности, как адекватному средству познания сложного, стало возможным развитие современной науки - биотехнологии.
Развитие естествознания и биологических процессов в сочетании с современной научно-технической революцией приводит к важному для дальнейшего прогресса выводу - возможности объединения технологических, инженерных и естественных научных подходов на основе функционирования биосистем, возникших естественным образом в ходе эволюции.
Этот принцип приемлем не только для современной биотехнологии, основанной на использовании средств и методов управления биотехнологическими функциями, воздействием на тончайшие обменные и ферментативные процессы передачи наследственной информации, биопродуцентов, но и позволяет по-своему подойти к решению многих задач при ликвидации инфекционных заболеваний и экологических вопросов во всех сферах производственной деятельности.
Общеизвестно, что современное экологическое состояние в мире во многом определяется хозяйственной деятельностью человека. В настоящее время все громче звучат предостережения, что мы вплотную подошли к серьезному экологическому кризису. Возникла ситуация, при которой окружающая нас природа может претерпеть нежелательные и даже необратимые изменения в результате неразумных воздействий со стороны человека. При этом экологическая катастрофа может наступить в ближайшем будущем, так как «современный» человек, несмотря на видимую «образованность», вмешивается в планетарную биосистему, в чем-то схожую с гомеостазом живого организма, без достаточных знаний и без отчетливого понимания ее особенностей. Непонимание законов природы и логики эволюции может быть основой для локальных катастроф, которые усугубляют существующую экологическую ситуацию и создают опасность большой экологической катастрофы.
В известном Первом докладе Римского клуба из тысяч различных моделей развития человечества лишь один вариант прогноза не завершался в исследованиях отрицательно, - когда коэффициенты роста населения, спроса на природные ресурсы и загрязнения принимались равными нулю, и в расчеты вводилось вторичное использование сырья (10). Выход из этой сложнейшей ситуации возможен, лишь исходя из фундаментальности принципа жизни как планетарного явления. Такой подход соответствует учению В.И. Вернадского о биосфере, биотических круговоротах, вовлекающих в эффективное использование все образующиеся продукты.
На сегодняшний день успешное решение экологических вопросов демонстрирует стремительно развивающаяся наука - биотехнология, определенная ЮНЕСКО наукой XXI века.
Актуальность проблемы противодействия биологической опасности появлялась постепенно по мере осознания человечеством своей уязвимости перед биологической угрозой:
- в первую очередь в отношении действия патогенных микроорганизмов - возбудителей инфекционных болезней, вызывающих эпидемии, эпизоотии, эпифитотии естественного происхождения из-за наличия природных резервуаров патогенных микроорганизмов, а также неконтролируемого получения и распространения живых организмов, особенно генетически измененных, с неизвестным механизмом действия на экологические системы; инженерный биосистема эволюция опасность
- бесконтрольного использования патогенных микроорганизмов без соблюдения санитарных правил по производству и контролю иммунобиологической продукции.
Поэтому глобальность проблемы биологической опасности выдвигает перед всем миром задачу обеспечения жизнедеятельности человека в условиях защищенности от неблагоприятных последствий влияющих биологических факторов (8).
Обеспечение эффективной защиты людей и животных от инфекционных болезней было и остается одной из главных задач медицинской и ветеринарной науки и практики.
Оптимистичные прогнозы середины XX века о благополучной ситуации в борьбе с инфекционными заболеваниями не оправдались.
После Второй мировой войны за период с 1945 по 1993 год в мире от различных военных конфликтов погибли 23 млн. военных и гражданских лиц. За этот же период 150 млн. человек умерли от трех наиболее значимых инфекций: туберкулеза, малярии и СПИДа (11).
Известно, что микроорганизмы вызывают у людей более 400 инфекционных заболеваний. Согласно оценкам ВОЗ ежегодно два миллиарда людей болеют инфекционными заболеваниями (5).
По данным Всемирной организации здравоохранения ежегодно в мире умирают примерно 51 млн. человек, из них 16 млн. от инфекционных и паразитарных болезней (7).
Несмотря на значимые результаты борьбы с инфекциями, цивилизация и изменение условий жизни человека и животных способствуют появлению новых, ранее не регистрируемых заболеваний, вызываемых новыми или генетически модифицированными в естественных условиях патогенными микроорганизмами. Вместо снижения количества инфекционных заболеваний в XX веке выявлено 36 новых инфекционных заболеваний (12). В качестве примера могут служить вспышки новых инфекционных заболеваний в конце XX - начале XXI века, к которым человечество еще не выработало иммунитета: 1973 год - ротавирусы, 1977 - вирус лихорадки Эбола, 1977 - вирус болезни легионеров, 1981 - синдром токсического шока, 1983 - СПИД, конец 80-х годов XX века - туберкулез, устойчивый к комплексной лекарственной терапии, 1993 - холера, штамм 0139, 1994 - инфекция, вызванная Cryptosporidium (в штате Висконсин, США), 1998 - птичий грипп (вызывающий болезнь человека), 1999 - вирус лихорадки Западного Нила (первое заболевание в США), 2003 - атипичная пневмония, 2004 - вирус Марбурга (вспышка заболевания в Анголе) (2).
Аналогичная ситуация с появлением новых, ранее не регистрируемых, массовых инфекционных болезней животных и птиц - вирус лейкоза крупного рогатого скота, в настоящее время занимающий первое место - 57% от общей инфекционной патологии крупного рогатого скота в России (6), вирус ротавирусной инфекции крупного рогатого скота и свиней, вирусы синдрома снижения яйценоскости, болезни Гамборо, Марека, циркулирующие практически во всех птицехозяйствах промышленного типа.
Подсчитано, что 90% биологического и генетического многообразия на Земле приходится на долю микроорганизмов (4), из которых в настоящее время изучено всего от 4-х до 10% (11). Масштаб деятельности микроорганизмов в природе еще предстоит оценить.
Наряду с появлением новых болезней значимую реальную угрозу человечеству несут «традиционные» особо опасные инфекции, которые в свое время развития цивилизации приносили опустошения. К этой группе относят оспу, чуму, сибирскую язву, туляремию, бруцеллез, сап и многих других микроорганизмов I и II групп патогенности, возбудителей особо опасных инфекций, нередко не поддающихся лечению у людей и животных с высокой летальностью и контагиозностью, распространяющихся и передающихся от животных к людям. Сохраняя естественные механизмы распространения, эти болезни представляют серьезную угрозу здоровью и жизни миллионов людей.
Очень важно, что бороться с этими инфекциями, общими для человека и животных, можно, когда усилия ветеринарной и медицинской науки и практики будут скоординированы и целенаправленны. Примером этому может служить возросшее в последнее десятилетие в мире, и в частности в России, внимание к проблеме туберкулеза сельскохозяйственных животных и людей.
В последние годы эпидемическая и эпизоотическая обстановка по туберкулезу обострилась и остается весьма тревожной. Согласно данным Минсельхоза России в 2005 году зарегистрировано 116 неблагополучных по туберкулезу крупного рогатого скота пунктов, при этом вновь выявлено 38 (1).
В настоящее время, несмотря на общее сокращение поголовья крупного рогатого скота в сравнении в 1990 годом более чем в 2 раза, туберкулез продолжает занимать одно из ведущих мест в инфекционной патологии крупного рогатого скота - 11,4%. Несмотря на это, при официальном сокращении неблагополучных пунктов по туберкулезу крупного рогатого скота с 1990 года по 2005 год почти в 10 раз (6), заболеваемость людей за тот же период по данным Минздрава России возросла почти в 3 раза и в 2004 году составила более 80 человек на 100 тыс. населения. Такая тревожная ситуация отмечается во многих странах.
По данным ВОЗ в мире насчитывается более 48 млн. человек, больных туберкулезом, при этом смертность от этого заболевания ежегодно превышает 3 млн. человек (6). Появляются остро прогрессирующие формы болезни, когда от больных туберкулезом людей выделяют микобактерии туберкулеза, устойчивые ко всем известным противотуберкулезным препаратам. При этом микобактерии способны изменяться (переходить в L-форму) и длительно сохраняться в неблагоприятных условиях обитания. Эти явления связаны с генными мутациями микобактерий, спровоцированными бесконтрольным, бессистемным лечением туберкулеза. Особую значимость проблема туберкулеза приобрела в силу определенного установленного факта частой ассоциации туберкулеза с ВИЧ-инфекцией и другими иммунодефицитами, что, естественно, осложняет борьбу с этой инфекцией (9). Кроме того, касаясь эпизоотологических и эпидемиологических аспектов проблемы туберкулеза, необходимо учитывать, что заражение людей может происходить не только по линии «от человека к человеку» или «от животного к животному», но также и в результате передачи человеку микобактерий бычьего вида, а млекопитающим животным - микобактерий человеческого вида (11).
В результате действия техногенных факторов на окружающую природную среду и повсеместного применения антибактериальных и дезинфицирующих средств, консервантов, в том числе используемых в продуктах питания человека, качественно изменился характер взаимодействия микроорганизмов с организмом хозяина (8).
В 1998 году группой ученых из Великобритании, Франции, США и Дании была завершена расшифровка генома M. tuberculosis (9). Оказалось, что микроорганизм обладает рядом уникальных особенностей. Обнаружено достаточное количество генов, позволяющих производить белковые продукты, ответственные за проникновение микроба внутрь клеток хозяина и поддержание в них устойчивого существования. Поэтому микобактерии туберкулеза могут размножаться и длительно переживать в макрофагах.
Одной из примечательных черт генома M. tuberculosis является присутствие генов, многократно дублирующих функционирование ключевых ферментативных систем. Примером могут служить 36 вариантов ацил - СоА синтетазы и ацил СоА дегидрогеназы. Геном M. tuberculosis состоит из 4,4 млн. пар оснований или 4 тыс. индивидуальных генов.
С этими особенностями генетического аппарата микобактерий туберкулеза связана множественная устойчивость к лекарственным препаратам, что является важнейшей проблемой XXI века, а туберкулез в настоящее время становится бедствием глобального масштаба.
Перспективные направления в лечении заболевания основываются на знании патогенеза. При этом должны быть исследованы новейшие методы генной терапии, с целью избирательного блокирования генов, ответственных за нормальную продукцию белка M. tuberculosis в условиях его комфортного существования в макрофаге.
Таким образом, любые изменения в условиях обитания микроорганизмов, как в организме человека или животных, так и в природной среде приводят к их быстрой эволюционной адаптации. Срочное решение вопросов борьбы с инфекционными заболеваниями крайне важно для обеспечения биологической безопасности страны и мирового сообщества в целом.
После великих открытий Л.Пастера стало возможным производство и применение иммунобиологических препаратов. Лишь немногие события в истории науки оказали такое же глубокое влияние на жизнь человека и общества, как открытие возможности контролировать инфекции, вызываемые микроорганизмами.
В промышленно развитых странах прекратились многие опустошительные эпидемии, которые в прошлом уносили миллионы жизней. Все это стало возможным только при комплексном решении вопросов биобезопасности, ключевым звеном которой является производство и применение иммунобиологических препаратов для диагностики инфекционных заболеваний.
Производство биопрепаратов первоначально организовывалось при научно-исследовательских лабораториях. В начале XX века с увеличением потребности в иммунобиологических препаратах, для их производства стали возникать специализированные промышленные биотехнологические предприятия. Природно-ресурсный подход, просуществовавший в нашей стране вплоть до 80-х годов XX века, не мог осуществляться на предприятиях, работавших с возбудителями инфекционных заболеваний. Поэтому часть экологических вопросов, касающихся биобезопасности производства, даже при строительстве первых биопредприятий решалась ещё на стадии проектирования. В то же время методы получения биопрепаратов первого поколения, применяемые штаммы-продуценты были низко эффективными, в связи с чем до середины XX века увеличение объёмов выпуска продукции происходило за счёт прямого масштабирования процессов производства. Соответственно возрастала энергоемкость, расход сырья, количество балластных веществ (3), а также возрастала возможность биологического загрязнения окружающей среды.