БІОТЕХНОЛОГІЯ - В. Г. Герасименко - 2006

Частина ІІ. Спеціальні біотехнології

Розділ 12. БІОТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА ГОРМОНІВ

12.3.ОТРИМАННЯ СОМАТОТРОПІНУ

Соматотропін. Гормон росту людини (ГРЛ) або соматотропін — це поліпептидний гормон, який секретується передньою долею гіпофізу і складається із 191 амінокислотного залишку. Однак синтезується він більшого розміру разом з «сигнальною послідовністю», яка вилучається у процесі секреції гормону із клітини.

Вперше соматотропін був виділений і очищений у 1963 р. з гіпофізу, одержаного із трупного матеріалу. Недостатня кількість цього гормону в організмі людини призводить до гіпофізарної карликовості. Частота цього захворювання становить від 7 до 10 випадків на 1 млн чоловік (серед дітей країн Заходу вона складає 1 випадок на 5000 чоловік). Гормон має видову специфічність, тому для лікування не можуть використовуватись аналоги, одержані від тварин. Для одержання лікувального ефекту введення гормону необхідно продовжувати від 4-5-річ- ного віку дитини і до статевої зрілості і навіть довше. А з одного трупа можна одержати тільки 4-6 мг соматотропіну. Натомість для лікування однієї дитини, яка страждає на гіпофізарну карликовість, необхідно 7 мг соматотропіну на тиждень. Наприклад, у США в 1981 р. з трупів вилучали до 60 тис. гіпофізів на рік і їх вистачало на лікування 1500 дітей — тільки на третину хворих дітей. Дефіцит соматотропіну збільшується, якщо врахувати й інші випадки використання цього гормону — при незаживаючих переломах (удавані суглоби), опіки, язви і порушення гемопоезу, а поряд з кальцитоніном (гормоном щитовидної залози) регулює обмін Ca⁺ в кістковій тканині. Отже, доступна кількість соматотропіну, одержаного традиційним шляхом, була обмежена і не задовольняла попит. Хімічний же синтез гормону дуже складний через великий розмір його молекули.

Перспективним є генно-інженерний метод одержання соматотропіну. Вперше біотехнологічний гормон одержали в 1980 р. у лабораторії, а в 1985-му — у промисловому масштабі. В США фірмою «Генентек» був отриманий «квазісинтетичний» ген соматотропіну, побудований з двох частин, синтезованих різними методами. На першому етапі ензиматичним методом синтезували фрагмент кДНК (комплементарна ДНК — ензиматично синтезована двониткова ДНК - копія інформаційної або матричної РНК). Цей фрагмент гена кодує усю амінокислотну послідовність N-кінцевої частини соматотропіну, за винятком перших 23 амінокислот. Цю частину гена синтезували хімічним шляхом. Потім обидва фрагменти гена зшивали, вмонтували у плазміду E. соlі і переносили у клітину бактерії для клонування. Кінцевий вихід соматотропіну становив 2,4 мкг на 1 мл культу- ральної рідини.

Синтезований у бактеріях гормон має необхідну молекулярну масу і не зв’язаний з будь-яким бактеріальним білком, від якого необхідно було б його відщеплювати. Єдиною структурною відмінністю гормону росту бактеріального походження від аутентичного соматотропіну є наявність залишку метіоніну на N-кінці поліпептидного ланцюга, отриманого в умовах мікробіологічного синтезу. Хоча синтез будь-якого поліпептидного ланцюга і в клітинах бактерій, і в клітинах еукаріот починається з метіоніну (або формілметіоніну), але в результаті процесингу білка є можливість виділити його N-кінцеву частину, що веде до елімінації термінального метіоніну. Це явище проходить при формуванні зрілого соматотропіну шляхом елімінації його сигнальної послідовності в клітинах тварин, тоді як соматотропін бактеріального походження відразу синтезується у формі зрілого білка, де метіонін знаходиться в N-кінцевому положенні. Свого часу висловлювались припущення, що цей зайвий метіонін може впливати на фізіологічну активність препаратів бактеріального походження або підвищувати їх імуногенність. Однак в подальшому було встановлено, що гормональні активності соматотропіну мікробного та природного походження ідентичні. Крім того, в препаратах генно-інженерного соматотропіну міститься менша кількість неактивного димерізованого гормону та продуктів його деградації, що підвищує питому активність препаратуу. Підвищена активність метіонільованого соматотропіну обумовлена не присутністю N-кінцевої метіонінової групи, а невеликими домішками бактеріального білка, який відіграє роль своєрідного ад’юванту та підвищує імуногенність препарату (Ніколайчук В.І., Горбатенко І.В., 1999).

В Інституті молекулярної біології АН СРСР був одержаний ген соматотропіну без «сигнальної послідовності» пептиду пре- гормону. Таким шляхом одержали з 1 л суспензії рекомбінант- них клітин E. соlі за 7 год стільки гормону, скільки міститься в 60 гіпофізах людини. Клінічні випробування біотехнологічного соматотропіну на хворих дітях показали збільшення росту дітей на 8-18 см за рік.

Недоліком традиційно отриманого соматотропіну є недостатня його кількість, яка не задовольняє попит. Є й інші проблеми, пов’язані з гетерогенністю гормону, який виділяється з трупного матеріалу. Це суміш з декількох форм, тому викликає у 30 % пацієнтів алергічні реакції. Існує також небезпека, що гіпофізарний матеріал заражений вірусами, що повільно розвиваються, внаслідок чого діти, які отримували препарат, потребували тривалого медичного спостереження.

Соматотропін, одержаний біотехнологічним методом за допомогою технологій рекомбінантних ДНК, має переваги над традиційно отриманим гормоном: він доступний у великих кількостях; його препарати є біохімічно чистими і вільними від вірусних забруднень. Використання біотехнологічного соматотропіну значно знижує вартість лікування хворих дітей. Згідно з статистичними даними у 1990 р. вартість 1 міжнародної одиниці гормону знизилася від 15 до 5 доларів США.