Герасименко В.Г., Герасименко М.О., Цвіліховський М.І. та ін. Біотехнологія

Подождите немного. Документ загружается.

ЧастинаI.Заальнабіотехнолоія

Швидкість розмноження клітин і репродукція вірусних

частин прямо пропорційно відбиваються на збільшенні біомаси

і утворенні метаболітів.

Активність і стабільність перебування біооб’єктів в актив

ному стані — найважливіші показники їх придатності для три

валого використання в біотехнології.

Головною ланкою біотехнологічного процесу, який визна

чає його сутність, є клітина. Саме в ній синтезується цільовий

продукт. За влучним висловом Овчіннікова Ю.А. (1985), кліти

на — це мініатюрний хімічний завод, який працює з колосаль

ною продуктивністю, з граничною узгодженістю і за заданою про

грамою. В ній щохвилинно синтезуються сотні найскладніших

сполук, включаючи гігантські біополімери, у першу чергу білки.

Узагальнена схема одержання біотехнологічної продукції

наведена на рис. 1.3.

Методи біотехнології. Біотехнології притаманні свої

специфічні методи. Це крупномасштабне глибинне культиву

Інредієнти

поживноо

середовища

Біооб’є&т

Іно&#лят

Посівний

матеріал

Стерилізація

Ферментатор

Цільовийпрод#&т

Операціївиділення

цільовоопрод#&т#

Упа&#вання,

зберіання

(транспорт#вання)

Побічні

прод#&ти

Вода

Пара

Вода

Повітря

Пара

Відходи

виробництва

Знеш&одження,

#тилізація

Підотов&а

поживноо

середовища

Рис. 1.3. Приблизна узагальнена схема процесів у біотехнології

(за Єліновим Н.П., 1995)

вання біооб’єктів у періодичному, напівбезперервному або без

перервному режимі та вирощування клітин рослинних і тварин

них тканин в особливих умовах. Біотехнологічні методи куль

тивування біооб’єктів виконуються у спеціальному обладнанні,

наприклад, у ферментерах вирощують бактерії і гриби при одер

жанні антибіотиків, ферментів, органічних кислот, деяких віта

мінів тощо.

У подібних ферментерах вирощують деякі клітини людини

(бласти) для одержання білкаінтерферону, а також деякі види

рослинних клітин. Однак останні частіше вирощують у стаціо

нарних умовах на середовищі з ущільненою (наприклад, агари

зованою) підкладкою у скляних або поліетиленових ємностях.

Інші методи, які використовують у біотехнології, є спільни

ми, наприклад з методами в мікробіології, біохімії, органічній

хімії й інших науках. Особливо потрібно виділити методи клі

тинної і генетичної інженерії, які покладено в основу сучасної

біотехнології.

Відмінністю методів, які використовуються у біотехнології,

є те, що вони повинні виконуватись, як правило, в асептичних

умовах (від грецького а — ні, septicos — гнилісний), тобто з уни

кнення можливості потрапляння у середовище, де культивуєть

ся біооб’єкт, патогенних і сапрофітних мікроорганізмів.

Патогенні види становлять безпосередню небезпеку для за

діяних у виробництві людей і для споживачів кінцевих продук

тів; сапрофітні види можуть виступати конкурентами за пожи

вні субстрати, антагоністами, продуцентами токсичних

речовин, включаючи пірогени.

1.3. МЕТА І ЗАВДАННЯ БІОТЕХНОЛОГІЇ

Першочерговими завданнями біотехнології є створення:

 нових біологічно активних речовин і лікарських препаратів

для гуманної і ветеринарної медицини (інтерферонів, інсулі

ну, гормонів росту людини, моноклональних антитіл, вакцин

тощо) для ефективної профілактики, діагностики і лікуван

ня людей і тварин;

Розділ1.Біотехнолоія—наовадисципліна

 засобів захисту рослин від хвороб і шкідників; бактеріаль

них добрив і регуляторів росту рослин; нових високопродук

тивних і стійких до несприятливих факторів зовнішнього се

редовища сортів і гібридів сільськогосподарських рослин,

одержаних методами генетичної і клітинної інженерії;

 цінних кормових добавок і біологічно активних речовин

(кормового білка, амінокислот, ферментів, вітамінів тощо)

для застосування у тваринництві з метою підвищення про

дуктивності тварин;

 нових технологій одержання цінних продуктів для викори

стання у харчовій, хімічній, мікробіологічній та інших галу

зях промисловості;

 безвідходних і екологічно безпечних технологій утилізації і

біоконверсії сільськогосподарських, промислових, побуто

вих відходів для одержання енергоносіїв (біогазу), високоя

кісного органічного добрива, білкових та вітамінних кормо

вих добавок;

 удосконалення і оптимізація апаратури для біотехнологіч

них процесів з метою досягнення максимальних виходів

кінцевих продуктів;

 підвищення технікоекономічних показників біотехноло

гічних процесів порівняно з існуючими.

На шляху вирішення поставлених завдань біотехнологію

чекають немалі труднощі, пов’язані з виключною складністю

організації живого. Будьякий біооб’єкт — це цілісна система, в

якій не можна змінити жоден з елементів, не змінюючи інших,

не можна довільно перекомбінувати їх. Будьякий вплив на

об’єкт викликає не тільки бажані, але й побічні ефекти. Перебу

дова геному відразу відбивається на багатьох ознаках організму.

Окрім цього, екосистема — це свого роду цілісна система, і змі

на одного з її компонентів позначається на інших компонентах.

Успіхи, досягнуті у сфері генетичної і клітинної інженерії

на найпростіших біологічних системах (прокаріотних організ

мах), дають надію на подолання цих труднощів.

ЧастинаI.Заальнабіотехнолоія

Розділ 2.

МІЖНАРОДНІ СИСТЕМИ GLP І GMP

ЩОДО ЯКОСТІ БІОТЕХНОЛОГІЧНИХ

ПРОДУКТІВ

Система GLP — це зведення правил, які регламентують

проведення стандартизації лікарських препаратів та інших біо&

логічно активних речовин, а система GMP — їх виробництво.

2.1. СИСТЕМА GLP

З метою організації якісного проведення доклінічних ви

пробувань лікарських та інших біологічно активних речовин

(харчових добавок, агрохімікатів тощо) у промислово розвине

них країнах (Англія, Німеччина, США, Франція, Японія та ін

ші) затверджені єдині правила системи GLP (Good Laboratory

Practice). Існує група GLP у Європейському центрі з екології і

токсикології хімічної промисловості; у США система GLP діє з

червня 1979 р. Головним в такій системі є наступне:

1) завчасна розробка стандартної методики проведення випро

бувань або SOP (Standart Operating Procedure) стосовно

усіх його етапів;

2) призначення керівника і відповідальних за кожен вид ви

пробувань;

3) кожному відповідальному виконавцю доручається чітко ви

конувати усі операції у відведених йому межах;

4) результати виконання операцій мають бути внесені у спе

ціальний протокол, датовані і підписані;

5) у разі виконання складних операцій, щоб уникнути поми

лок, рекомендується удаватися до подвійної перевірки;

6) в установленому порядку виконавець доповідає керівнику

про перебіг випробувань. Керівник повинен бути компе

тентним в усіх справах, пов’язаних з випробуваннями;

7) фактичні дані, записи і препарати (речовини) мають збері

гатися у повному порядку, щоб завжди можна було знайти

необхідне;

8) остаточний звіт за змістом має відображати отриманні дані,

а також супроводжуватись обговоренням, складеним відпо

відальним виконавцем; на звіті проставляються дата і під

писи (відповідального виконавця і осіб, які підтверджують

зміст звіту);

9) повинна бути служба якісної оцінки випробувань — QAU

(Quality Assuarance Unit). Особи, задіяні у цій службі, зо

бов’язані проводити внутрішню інспекцію в установленому

порядку і за необхідності видавати рекомендації щодо вдос

коналення процесів проведення випробувань.

На систему GLP спираються у випадках випробування ре

човин: на мікробне зображення; на пірогенність; гостру, підгос

тру і хронічну токсичність, на специфічну токсичність (канце

рогенність), антигенність, лікарську залежність, пошкодження

зародкових клітин; подразнення слизових оболонок шкіри і в

місці введення речовини; мутагенність, тератогенність — від

грецького teratos — чудовисько, урод; цитотоксичність; на без

печність для макроорганізму при введенні in vivo (абсорбція,

розподіл, швидкість виведення, метаболізм); проводять фарма

кологічні випробування з оцінкою фармакокінетики (дія лікар

ської речовини, яка вивчається, на організм) і фармакодинаміки

(вивчення сили дії лікарської речовини).

У зв’язку з необхідністю проведення згаданих випробувань

створюють спеціальні групи: загальну (в тому числі і для кон

тролю за гігієною і санітарією працюючих), мікробіологічну,

для вивчення метаболізму, проведення загальнофармакологіч

них випробувань та загальних клінічних досліджень; патолого

анатомічну, проведення експериментів на тваринах, обробки да

них (з включення управління ЕОМ), з підготовки проб,

аналітичну, з управління дослідженням і, за необхідності, інші.

На кожну групу затверджується керівник, який не повинен по

єднувати свої прямі обов’язки з роботою в групі інспекцій.

Додержання вимог системи GLP має бути підкріплено дос

коналістю організації усіх допоміжних служб і достатнім мате

ріальним забезпеченням. Бажано мати окреме приміщення для

ЧастинаI.Заальнабіотехнолоія

проведення біологічних випробувань, де експериментальні тва

рини розміщувалися б у відповідних приміщеннях: для гнотобі

онтів, заражених, контрольних, призначених для роботи з радіо

ізотопами, для карантинізації тощо.

У роботі з тваринами мають враховуватися усі інфекційні

захворювання, які можуть вплинути на результати експеримен

тів. При цьому необхідно мати на увазі і той факт, що окремі

збудники інфекційних захворювань можуть передаватися від

людини до тварин і навпаки. До них належать віруси сказу, лім

фоцитарного хоріоменінгіту, деякі бруцели, сальмонели, міко

бактерії туберкульозу, дизентерійна амеба тощо.

Схвалений препарат (речовина) після лабораторних перед

клінічних випробувань за системою GLP і подальшої клінічної

перевірки дозволяється до випуску в умовах промислового ви

робництва.

2.2 СИСТЕМА GMP

Для забезпечення виготовлення високої якості продукту

Всесвітня організація охорони здоров’я (ВООЗ) у 1968 р.

затвердила «Вимоги до практики якісного виробництва при ви

готовленні і контролі якості ліків і до спеціалістів у сфері фар

мації». Роком пізніше ці вимоги, які ввійшли (з невеликими

змінами і уточненнями) у правила системи GMP (Good Manu

facturing Practice), були рекомендовані Асамблеєю ВООЗ для

міжнародної торгівлі, а в 1971 р. вони були видані як додатки до

другого видання Міжнародної Фармакопеї.

GMP — це єдина система вимог з контролю якості лікарсь

ких засобів з початку переробки сировини до виробництва гото

вих препаратів, включаючи загальні вимоги до приміщень,

обладнання і персоналу. З 1975 р. правила GMP розширені і во

ни стосуються різних хімічних і біологічних речовин, ветери

нарних препаратів; вихідних матеріалів для використання в

дозованих формах, якщо вони включені у законодавства країн

експортерів і країнімпортерів; і, насамкінець, інформації про

безпеку і ефективність перерахованих речовин, матеріалів, пре

паратів.

Розділ2.СистемиGLPіGMPщодояостібіотехнолоічнихпродтів

ЧастинаI.Заальнабіотехнолоія

З урахуванням видання в 1987 р. провідних вказівок Між

народної Організації Стандартизації (ISO) серії ISO 9000–9004

за системами якості виникла необхідність переглянути існуючі

вимоги GMP. У 1991 р. на спеціальній конференції у Москві

був переглянутий проект вимог GMP, який включає три

частини:

1. «Управління якістю у промисловому виробництві лі

карських засобів: філософія і основні складові».

2. «Практика якісного виробництва і контроль якості».

3. «Додаткові і допоміжні напрями».

Перша частина містить 12 розділів, які стосуються органі

зації контролю за якістю виробництва, санітарії і гігієни, укла

дення контрактів, стандартних робочих методик, оформлення

необхідної документації тощо.

Друга частина містить два розділи — виробництво і кон

троль якості. Стосовно виробництва лікарських засобів вказа

но, що воно має грунтуватися на принципі чіткого додержання

методів ведення технологічного процесу згідно з нормативно

технічною документацією з метою одержання продукту

необхідної якості і згідно з дозволом на його виготовлення і

продаж. По можливості уникати будьяких відхилень від мето

дик або інструкцій. За наявності таких відхилень необхідно по

годження, дозвіл і підпис призначеної відповідальної особи, а за

необхідності залучення служби відділу контролю якості.

Операції з різними продуктами не повинні виконуватись в

одному і тому ж приміщенні, поки не буде усунений ризик пере

мішування або перехресного забруднення.

Доступ у виробничі приміщення можуть мати лише особи,

які зайняті на виробництві. Уникати виготовлення немедичної

продукції у зонах і на обладнанні, призначеному для виготов

лення фармацевтичної продукції. При роботі з сухими матеріа

лами і продуктами необхідно дотримуватися правил техніки

безпеки для попередження виникнення, накопичення і розпов

сюдження пилу, що може призвести до перехресного забруд

нення продуктів, що виготовляються, або до їх мікробного заб

руднення. Мікроби можуть потрапляти у повітря і на частинки

пилу із інших матеріалів і продуктів при їх виготовленні, із заб

руднених обладнання і одягу, шкіри працюючих. Запобігти цьо

му можна шляхом виготовлення кожного цільового продукту в

роздільних зонах (пеніциліни, живі вакцини й інші БАР) або, у

крайньому випадку, виготовлення їх у часі порізно; забезпечен

ня відповідними повітряними шлюзами; захисного технологіч

ного одягу; використання засобів ефективної деконтамінації

обладнання, стін та ін.; використання «закритих систем» вироб

ництва тощо.

Необхідно перевіряти правильність і надійність з’єднання

трубопроводів й іншого обладнання, яке використовується для

транспортування продуктів (матеріалів) з однієї зони в іншу.

Дистильована або деіонізована вода, яка надходить по трубах,

має відповідати санітарномікробіологічним нормативам. Опе

рації з технічного обслуговування або ремонту не мають впли

вати на якість продукції.

Контроль якості продукції стосується процесу забо

ру проб, проведення досліджень, документації та ін. Всі дослі

дження мають проводитися згідно з затвердженими інструкція

ми для кожного матеріалу або продукту.

Забір проб здійснюють таким чином, щоб не забруднити їх

або не піддати небажаному впливові, який позначиться на яко

сті продукту або, навпаки, щоб матеріал, який відбирається, не

був токсичним (шкідливим) для здоров’я оператора.

Для кожної партії продукту до випуску має бути лаборатор

на документація з підтвердженням відповідності кінцевого про

дукту специфікаціям.

Із кожної партії цільового продукту залишають проби на

зберігання терміном, який перевершує на рік строк придатності

продукту. Проби мають зберігатись у такій кількості, щоб мож

на було за необхідності провести щонайменше два повторних

дослідження.

Третя частина вимог GMP включає розділи про стериль

ні фармацевтичні продукти і практику якісного виробництва

основної маси лікарських субстанцій.

Необхідно пам’ятати про те, що особи, які мають підвищену

чутливість до конкретної речовини (діючої або допоміжної) не

повинні входити у групу виконавців. Для них допустима робота

у відділі або цеху упаковки, де відсутній контакт з алергеном.

Розділ2.СистемиGLPіGMPщодояостібіотехнолоічнихпродтів

ЧастинаI.Заальнабіотехнолоія

У 1991 р. затверджені правила GMP стосовно виробництва

і контролю якості лікарських засобів. Ці правила відповідають

Міжнародній системі GMP і включають наступні розділи:

вступ, термінологія, персонал, будинки і приміщення, облад

нання, процес виробництва, відділ технічного контролю, атеста

ція і контроль виробництва, окремі вимоги до стерильних лікар

ських засобів і описані особливості їх виробництва.

Додержання правил GMP забезпечує випуск якісних про

дуктів і гарантує безпеку споживачам. У 1995 р. за пропозицією

Міжнародної фармацевтичної федерації (FIP) ВООЗ затверди

ла GРP (Good Pharmacy Practice).

Державним департаментом ветеринарної медицини України

проводяться заходи щодо гармонізації існуючої законодавчо

нормативної бази з вимогами Європейського фармацевтичного

законодавства шляхом введення в дію стандартів, які регламен

тують процес виробництва ветеринарних препаратів, дістри

б’юторську діяльність, а також інспекцію виробництва фарма

цевтичної продукції. Одним із етапів розробки стандартів є їх

переклад українською та російською мовами, який здійснюєть

ся провідними вченими і спеціалістами України.

Контрольні питання

1. Що таке біотехнологія і на чому вона базується?

2. Коли виникла біотехнологія і завдяки чому вона пережила

своє друге народження?

3. Які біологічні об’єкти використовуються у біотехнології? Їх

класифікація.

4. Які методи використовуються у біотехнології?

5. Що є завданням біотехнології?

6. Які існують міжнародні системи правил, що регламентують

проведення стандартизації лікарських препаратів та інших

біологічно активних речовин та їх виробництво?

7. Що таке система GLP і для чого вона застосовується?

8. Що таке система GMP і як вона реалізується?

Розділ 3.

ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ

3.1. НУКЛЕІНОВІ КИСЛОТИ

Усі живі організми є носіями двох типів нуклеїнових ки

слот (НК): рибонуклеїнових (РНК) і дезоксирибонуклеїнової

(ДНК). У вірусах присутній тільки один з двох названих типів

НК: РНК чи ДНК. НК належать до макромолекулярних спо

лук, розмір молекул яких коливається в широких межах. Так,

молекулярна маса транспортних РНК (тРНК) складає близько

2,5 · 10

, тоді як молекулярна маса ДНК досягає колосальних

величин — 10

–10

. Біологічна роль НК полягає у збереженні,

реплікації, рекомбінації та передачі генетичної інформації.

3.1.1. Хімічний склад нуклеїнових кислот

До складу молекул НК входять атоми азоту (15–16 %), фос

фору (8–10 %), вуглецю, кисню і водню. З метою ідентифікації

компонентів, що входять до складу НК, і їхнього кількісного

визначення ДНК і РНК піддають ферментному або найчастіше

кислотному гідролізу, у результаті чого виявляють пуринові

(у молекулі пурину шестичленне кільце піримідину і п’ятич

ленний гетероцикл імідазолу знаходяться в конденсованому

стані, утворюючи біциклічне похідне) (аденін і гуанін) і піримі

динові (тимін, цитозин і урацил) азотисті основи, моноцукри —

пентози (рибозу і дезоксирибозу) та фосфорну кислоту:

Тимін(5-метил-2,4-діо-

&сипіримідин)

Цитозин(2-о&си-4-

амінопіримідин)

Урацил(2,4-діо&сипі-

римідин)