Фарминг, портмоне «сельского хозяйства» и «фармацевтический » относится к использованию генной инженерии для вставки генов, кодирующих полезные фармацевтические препараты, животным-хозяевам или растениям, которые в противном случае не экспрессировали бы эти гены., таким образом создавая генетически модифицированный организм (ГМО). Фарминг также известен как молекулярное сельское хозяйство, молекулярный фарминг или биофарминг .
Продуктами фарминга являются рекомбинантные белки или продукты их метаболизма. Рекомбинантные белки чаще всего производятся с использованием бактерий или дрожжей в биореакторе, но фарминг дает производителю преимущество в том, что он не требует дорогостоящей инфраструктуры и производства емкость можно быстро масштабировать для удовлетворения спроса при значительном снижении затрат.
Первым рекомбинантным белком растительного происхождения (PDP) был человеческий сывороточный альбумин, первоначально полученный в 1990 году в трансгенных табак и картофель растения. Испытания этих культур в открытом грунте начались в США в 1992 году и с тех пор проводятся ежегодно. Хотя Министерство сельского хозяйства США одобрило посадку фармацевтических культур в каждом штате, большинство испытаний проводилось на Гавайях, Небраске, Айове и Висконсине.
В начале 2000-х годов фармацевтическая промышленность была сильной. Доказательство концепции было доказано для производства многих терапевтических белков, включая антитела, продукты крови, цитокины, рост факторы, гормоны, рекомбинантные ферменты и человеческие и ветеринарные вакцины. К 2003 году около 200 биотехнологических компаний разрабатывали несколько продуктов PDP для лечения заболеваний человека, включая рекомбинантную желудочную липазу для лечения кистозных заболеваний. фиброз и антитела для профилактики кариеса и лечения неходжкинской лимфомы.
. Однако в конце 2002 года, когда продиГен набирал обороты При производстве трипсина для коммерческого запуска было обнаружено, что растения-добровольцы (оставшиеся от предыдущего урожая) одного из их продуктов ГМ-кукурузы были собраны вместе с традиционной культурой сои, позже посаженной на этом поле. Компания ProdiGene была оштрафована на 250 000 долларов США и обязана выплатить более 3 миллионов долларов затрат на очистку. Это произвело фурор и резко вернуло рынок фарминга назад. Многие компании обанкротились, поскольку компании столкнулись с трудностями при получении разрешений на полевые испытания, а инвесторы сбежали. В ответ APHIS ввел более строгие правила для полевых испытаний фарминга в США в 2003 году. В 2005 году Anheuser-Busch пригрозил бойкотировать рис, выращиваемый в Миссури, из-за планов Ventria Bioscience выращивать фарм рис в штате. Компромисс был достигнут, но Ventria отозвала свое разрешение на установку в Миссури из-за не связанных обстоятельств.
Отрасль медленно восстанавливается, сосредоточившись на выращивании простых растений в биореакторах и на выращивании ГМ-культур в теплицах. Некоторые компании и академические группы продолжили испытания ГМ-культур, из которых производятся лекарства, в открытом грунте. В 2006 году Dow AgroSciences получила одобрение Министерства сельского хозяйства США на продажу вакцины для домашней птицы против болезни Ньюкасла, произведенной в культуре растительных клеток - первой вакцины растительного происхождения, одобренной в США
В настоящее время молоко является наиболее зрелой системой для производства рекомбинантных белков из трансгенных организмов. Кровь, яичный белок и моча - другие теоретически возможные системы, но все они имеют недостатки. Например, кровь с 2012 года не может хранить высокие уровни стабильных рекомбинантных белков, а биологически активные белки в крови могут повлиять на здоровье животных. Сцеживание в молоке млекопитающих, таких как корова, овца или коза, является обычным применением, так как производство молока в изобилии, а очистка от молока относительно проста. Хомяков и кроликов также использовали в предварительных исследованиях из-за их более быстрого размножения.
Один из подходов к этой технологии - создание трансгенного млекопитающего, которое может производить биофармацевтический препарат в своем молоке (или крови или моче). После получения животного, обычно с использованием метода пронуклеарной микроинъекции, становится эффективным использование технологии клонирования для создания дополнительного потомства, несущего благоприятный модифицированный геном. В феврале 2009 года FDA США дало разрешение на продажу первого препарата, который будет производиться для генетически модифицированного домашнего скота. Препарат называется ATryn, который представляет собой белок антитромбин, очищенный из молока генетически модифицированных коз. Разрешение на маркетинг было предоставлено Европейским агентством по лекарственным средствам в августе 2006 года.
Как указано выше, некоторые млекопитающие, обычно используемые для производства продуктов питания (например, козы, овцы), свиньи и коровы) были модифицированы для производства непищевых продуктов; эту практику иногда называют фармингом. Использование генетически модифицированных коз было одобрено FDA и EMA для производства ATryn, то есть рекомбинантного антитромбина, антикоагулянтного белкового препарата. Эти продукты, «произведенные путем превращения животных в« машины »для производства лекарств путем их генетической модификации» иногда называют биофармацевтическими препаратами.
Патентоспособность таких биофармацевтических препаратов и процесса их производства является неопределенной. Вероятно, сами биофармацевтические препараты непатентоспособны, если предположить, что они химически идентичны имитируемым ранее лекарствам. В нескольких решениях 19 века Верховный суд США постановил, что ранее известный натуральный продукт, изготовленный искусственным способом, не может быть запатентован. Однако можно привести аргумент в пользу патентоспособности процесса производства биофармацевтического препарата, поскольку генетическая модификация животных таким образом, чтобы они производили лекарство, не похожа на предыдущие методы производства; более того, одно решение Верховного суда, похоже, допускает такую возможность.
С другой стороны, было высказано предположение, что недавнее решение Верховного суда по делу Майо против Прометея может создать проблему в что, в соответствии с постановлением в этом случае, «можно сказать, что такие-то гены производят этот белок так же, как они всегда делали у млекопитающих, они производят один и тот же продукт, и используемая технология генетической модификации является стандартной, так что этапы процесса "ничего не добавляют к законам природы, которых еще нет. Если бы аргумент превалировал в суде, процесс также не имел бы права на патентную защиту. Этот вопрос еще не решен в судах". 179>
Фармацевтические препараты растительного происхождения (PMP), также называемые фармингом, являются подсектором биотехнологической индустрии, которая включает процесс генетической инженерии растений чтобы они могли производить определенные виды терапевтически важных профессиональных теины и связанные с ними молекулы, такие как пептиды и вторичные метаболиты. Затем белки и молекулы можно собирать и использовать для производства фармацевтических препаратов. [2]
Arabidopsis часто используется в качестве модельного организма для изучения экспрессии генов в растениях, в то время как фактическое производство может выполняться с кукурузой, рисом, картофелем, табаком, льном или сафлором. Табак был очень популярным организмом для экспрессии трансгенов, поскольку он легко трансформируется, дает большое количество тканей и хорошо выживает in vitro и в теплицах. Преимущество риса и льна состоит в том, что они самоопыляются, и, таким образом, устраняются проблемы потока генов (см. Ниже). Однако человеческая ошибка может привести к попаданию фармацевтических культур в продукты питания. Использование второстепенных культур, таких как сафлор или табак, позволяет избежать более сильного политического давления и риска для продовольствия, связанного с использованием основных культур, таких как бобы или рис. Экспрессия белков в растительных клетках или культурах волосистых корней также сводит к минимуму риск переноса генов, но при более высокой стоимости производства. Стерильные гибриды также могут использоваться для биоконфайнмента трансгенных растений, хотя стабильные линии не могут быть созданы. Зерновые культуры иногда выбирают для фарминга, потому что было показано, что белковые продукты, нацеленные на эндосперм злаков, обладают высокой термостабильностью. Эта характеристика делает их привлекательной мишенью для производства съедобных вакцин, поскольку белки вирусной оболочки, хранящиеся в зернах, не требуют хранения в холодильнике, как это делают многие вакцины в настоящее время. При поставке вакцин в развивающиеся страны часто трудно поддерживать цепочку поставок вакцин с регулируемой температурой.
Чаще всего трансформация растений проводится с использованием Agrobacterium tumefaciens. Представляющий интерес белок часто экспрессируется под контролем промотора 35S вируса мозаики цветной капусты (CaMV35S ), мощного конститутивного промотора, управляющего экспрессией в растениях. Сигналы локализации могут быть прикреплены к интересующему белку, чтобы вызвать накопление в определенном субклеточном месте, таком как хлоропласты или вакуоли. Это делается для повышения урожайности, упрощения очистки или для правильного сворачивания белка. Недавно было показано, что включение антисмысловых генов в кассеты экспрессии может улучшить процесс фарминга растений. Исследователи из Японии трансформировали рис антисмысловым геном SPK, который нарушает накопление крахмала в семенах риса, так что продукты накапливаются в водянистом соке, который легче очищать.
В последнее время появилось несколько некультурных растений, таких как ряска Lemna minor или мох Physcomitrella patens оказались полезными для производства биофармацевтических препаратов. Эти бережливые организмы можно культивировать в биореакторах (в отличие от выращивания в полях), выделять трансформированные белки в питательную среду и, таким образом, существенно снижать бремя очистки белка в подготовка рекомбинантных белков для медицинского использования. Кроме того, оба вида могут быть сконструированы так, чтобы вызывать секрецию белков с человеческим типом гликозилирования, что является улучшением по сравнению с обычными системами экспрессии генов растений. Biolex Therapeutics разработала платформу экспрессии на основе ряски ; она продала этот бизнес Synthon и объявила о банкротстве в 2012 году.
Кроме того, израильская компания Protalix разработала метод производства терапевтических средств на культивируемых трансгенных клетках моркови или табака. Protalix и его партнер, Pfizer, получили одобрение FDA на продажу своего препарата талиглюцераза альфа (Elelyso), для лечения болезни Гоше, в 2012 году.
Регулирование генной инженерии касается подходов, используемых правительствами для оценки и управления рисками, связанными с разработкой и выпуском генетически модифицированных культур. Существуют различия в регулировании ГМ-культур, включая те, которые используются для фарминга, между странами, причем некоторые из наиболее заметных различий наблюдаются между США и Европой. Регулирование варьируется в данной стране в зависимости от предполагаемого использования продуктов генной инженерии. Например, культура, не предназначенная для использования в пищевых продуктах, обычно не проверяется органами, отвечающими за безопасность пищевых продуктов.
Существуют разногласия по поводу ГМО в целом на нескольких уровнях, включая вопрос о том, является ли их производство этичным, вопросы, касающиеся интеллектуальной собственности и динамики рынка; воздействие на окружающую среду ГМ-культур; и роль ГМ-культур в промышленном сельском хозяйстве в целом. Есть также определенные разногласия по поводу фарминга.
Растения не несут патогены, которые могут быть опасны для здоровья человека . Кроме того, на уровне фармакологически активных протеинов в растениях нет протеинов, подобных человеческим протеинам. С другой стороны, растения все еще достаточно тесно связаны с животными и людьми, поэтому они способны правильно обрабатывать и конфигурировать как животные, так и человеческие белки. Их семена и фрукты также обеспечивают стерильные упаковочные контейнеры для ценных лекарств и гарантируют определенный срок хранения.
Мировой спрос на фармацевтические препараты находится на беспрецедентном уровне. Расширение существующих микробных систем, хотя и возможно для некоторых терапевтических продуктов, не является удовлетворительным вариантом по нескольким причинам. Многие представляющие интерес белки слишком сложны, чтобы их могли производить микробные системы или синтез белка. Эти белки в настоящее время производятся в культурах клеток животных, но получаемый продукт часто оказывается непомерно дорогим для многих пациентов. По этим причинам наука изучает другие варианты производства белков, имеющих терапевтическую ценность.
Эти фармацевтические культуры могут стать чрезвычайно полезными в развивающихся странах. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, почти 3 миллиона человек ежегодно умирают от болезней, которые можно предотвратить с помощью вакцин, в основном в Африке. Такие заболевания, как корь и гепатит, приводят к смерти в странах, где люди не могут позволить себе высокую стоимость вакцин, но фармацевтические культуры могут помочь решить эту проблему.
В то время как молекулярное сельское хозяйство - одно из приложений генной инженерии, существуют проблемы, которые уникальны для нее. В случае генетически модифицированных (ГМ) пищевых продуктов основное внимание уделяется безопасности пищевых продуктов для потребления человеком. В ответ утверждалось, что гены, которые каким-либо образом усиливают культуру, например, засухоустойчивость или устойчивость к пестицидам, не влияют на сама еда. Другие разрабатываемые ГМ-продукты, такие как фрукты, предназначенные для более быстрого созревания или увеличения размеров, как полагают, не влияют на людей иначе, чем разновидности, не содержащие ГМ.
Напротив, молекулярное сельское хозяйство не предназначено для культур, предназначенных для выращивания пищевая цепочка. Он производит растения, содержащие физиологически активные соединения, которые накапливаются в тканях растений. Поэтому значительное внимание уделяется сдержанности и осторожности, необходимым для защиты здоровья потребителей и окружающей среды биоразнообразия.
Тот факт, что растения используются для производства сигналов тревоги от наркотиков активисты. Они опасаются, что после начала производства измененные растения могут попасть в источник питания или подвергнуться перекрестному опылению с обычными, не содержащими ГМО культурами. Эти опасения имеют историческое подтверждение на основании инцидента с ProdiGene и инцидента StarLink, в котором кукуруза ГМО случайно оказалась в коммерческих пищевых продуктах. Активистов также беспокоит сила бизнеса. Согласно Канадскому агентству по инспекции пищевых продуктов, в недавнем отчете говорится, что только в США спрос на биотехнологические фармацевтические препараты увеличивается на 13 процентов ежегодно и достигнет рыночной стоимости в 28,6 миллиарда долларов в 2004 году. к 2020 году будет стоить 100 миллиардов долларов во всем мире.
Обратите внимание, что этот список ни в коем случае не является исчерпывающим.
Проекты, о которых известно, что они прекращены
.