Биологически активные вещества

Интенсивная деятельность человечества на современном этапе развития науки, технологии и техники привела к появлению в биосфере громадных масс веществ, ранее находившихся в земных недрах, а также большого числа индивидуальных химических соединений, выделенных из природных источников или впервые синтезированных.

Более 6 млн индивидуальных соединений уже известно; каждый год к этому массиву прибавляются десятки тысяч новых. Большая часть известных соединений впервые появилась только в XX в.

Все химические соединения в разной степени обладают биологической активностью, т. е. способностью воздействовать на живую материю. Однако наши знания о возможных последствиях такого воздействия ограничены и явно недостаточны для оптимального существования человека в мире, насыщенном такими биологически активными веществами, с которыми человек в процессе своей эволюции вообще не встречался.

Возник значительный разрыв между высокой способностью современной цивилизации создавать новый химический потенциал планеты и ограниченными возможностями человека и биосферы в целом воспринять действие этого потенциала с достаточной эффективностью и без серьезных отрицательных последствий.

Два основных следствия проистекают из такой ситуации. С одной стороны, человек из-за незнания биологической активности подавляющего большинства веществ не полно использует свои возможности для извлечения из «океана» химической продукции новых эффективных регуляторов нормальных и патологических процессов организма и даже целых популяций.

В этом же «океане» остаются новые лечебные средства для сельскохозяйственных животных, пестициды, ростовые вещества, пищевые добавки и т. п. С другой — эта деятельность увеличивает химическую опасность окружающей среды для человека, генерируя ядовитые для организма продукты, канцерогены, мутагены, аллергены, что приводит ко все большему производству химических веществ (лекарств, пищевых добавок, остаточных пестицидов и т. д.), нередко при ограниченном уровне знаний о всех возможных отрицательных последствиях их воздействия.

Фактически создается такая комбинаторика различных химических воздействий на человека и живую природу в целом, что предсказать отрицательные последствия в полном объеме вообще не представляется возможным.

Для поиска полезных и выявления опасных биологически активных веществ насущно необходимы автоматизированные системы, способные определять широкий спектр биологических активностей для всех веществ, создаваемых в стране, т. е. для нескольких десятков тысяч веществ в год. Однако создание систем такой производительности с использованием в качестве тест-объектов только животных, как это рекомендуется традиционными подходами, резко снижает возможности их автоматизации, значительно удорожает систему.

При этом уменьшается ее научная информативность, поскольку исключены молекулярный, клеточный и другие доорганизменные уровни тест-объекта.

В свою очередь, это качественно ограничивает объем знаний, необходимых для управления составом и интенсивностью потока новых веществ, вторгающихся в биосферу.

Цель предлагаемой книги — изложить основы создания автоматизированных систем, предназначенных для определения биологической активности химических соединений в больших массивах с помощью методов, которые в основном исключают работу на животных как тест-объектах, а используют главным образом биологические тест-объекты доорганизменного уровня и микроорганизмы.

Информация, получаемая с помощью рассматриваемых систем, для многих задач является предварительной (первичной): она служит для отбора соединений, тестируемых затем традиционными методами тех отраслей науки и практики, для которых она предназначена; в других случаях эта информация является достаточной и конечной.

Как показывает материал этой книги, испытательные системы для определения биологической активности больших массивов веществ на основе биологических тест-объектов должны представлять собой достаточно крупномасштабное производство, конечным продуктом которого является информация.

Такое производство фактически реализует в своей практической деятельности достижения того направления науки и практики, которое может быть названо информационной биотехнологией. Нам представляется полезным в предисловии сказать об этом только формирующемся направлении биотехнологии применительно к содержанию предлагаемой книги.


«Биологически активные вещества»,
Г.М.Баренбойм, А.Г.Маленков

Специфика биологических испытаний, связанная с неопределенностью многих свойств и закономерностей тест-объекта, иногда интуитивными решениями о его жизнеспособности, потерей информации при переходе между уровнями организации живых систем, особенностями профессиональной подготовки пользователя-биолога, биофизика, биохимика и т. п., приводит к необходимости в качестве ЭВМ третьего уровня использовать преимущественно ЭВМ, обладающие свойствами персонального компьютера. Эта же специфика пользователя обязывает…

Формироваться путем автоматического проектирования могут как независимые системы, выполненные из технических и вычислительных средств, не входящих в состав основной системы, так и зависимые, фактически находящиеся внутри основной системы. В этом последнем случае фактически планируется оптимальный путь прохождения тестируемого вещества в зависимости от целей испытаний. Среди таких локальных целевых систем следует выделить по критериям практической значимости…

Отечественная литература Абдулаев Д. В. Цинк в организме человека и животных. Ташкент: Узбекистан, 1979. 110 с. Абилев С. КАкиныиина Л. Г., Бекбергенова Л. Р. и др. Сравнительное изучение генетической активности химических веществ на индикаторных бактериях с помощью тестов на мутагенез и ДНК— повреждающее действие // Актуальные проблемы оценки фармакологической активности химических соединений: Тез. докл. Всесоюз….

К настоящему времени за долгую историю поиска и практического использования биологически активных веществ накопились сведения о биологической активности большого числа химических соединений с полностью или частично установленной структурой. Только фармакологическая активность, если судить по различным справочникам и фармакопеям, описана примерно у 10 000 различных веществ. Для части из них известна также мишень их действия (по…

Среди биологических тест-объектов автоматизированной системы классификации химических соединений по видам биологической активности представлены: основные биополимеры и надмолекулярные структуры (белки, нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды, мембраны); молекулярно-биологические и биохимические системы (биосинтез, энергетика, метаболизм ксенобиотиков, ряд ключевых ферментативных реакций и др.); субклеточные структуры (митохондрии, ядра, микросомы, содержащие систему многоцелевых моноксидаз и т. д.); одноклеточные организмы (бактерии, дрожжи, простейшие); функционирующие…

Способы регистрации взаимодействия химических соединений с тест-объектами преимущественно ориентированы на бесконтактные методы оптического анализа (абсорбция, люминесценция, светорассеяние). При этом во многих случаях предпочтение отдается методам люминесцентного анализа, дающим возможность одновременного слежения за судьбой тестируемого химического соединения и реакцией на него тест-объекта, определяемой по его собственной флуоресценции или свечению разнообразных флуоресцентных зондов. Контактные методы доминируют преимущественно…

Эпиморфным и достаточным может быть ограниченное (по сравнению с полным алфавитом) количество признаков жизнедеятельности живой клетки, например характеризующее в совокупности определенный нормальный или патологический процесс с его набором основных прямых или обратных связей. Именно многомерность в пределе превращает тест-объект в целом как эпиморфную модель в целевой объект, на который в конечном итоге направлены испытания, и…

Главные методологические трудности при использовании эпиморфных моделей заключаются в том, чтобы определить оптимальный уровень детализации модели по отношению к моделируемому процессу и учесть возможное влияние целостного организма на моделируемый процесс. В конце концов все белки эпиморфны: они состоят из 20 основных аминокислот, образующих полипептидную цепочку, однако этот уровень эпиморфизма явно недостаточен для поиска, например, стимуляторов…

В предлагаемой нами автоматизированной системе классификации используются два основных подхода для создания такого языка. Первый подход в общем виде хорошо известен в фармакологии и лежит в основе использования различных молекулярно- биохимических и клеточно-тканевых модельных тест-объектов при различных скрининговых программах. Это использование принципа качественного подобия — эпиморфизма — тест-объекта и целевого объекта в отношении интересующего нас…

Тот факт, что к настоящему времени создан большой арсенал лекарств, пестицидов, пищевых добавок и других соединений, свидетельствует о том, что цивилизация имеет практически работающую систему генерации соединений, обладающих в конечном итоге свойствами биорегуляторов. Формировавшаяся вначале стихийно, а потом все более планомерно, эта система внесла большой вклад в развитие человечества. Однако в существующих формах она явно…

Увеличение биологической резистентности здорового человека в физически тяжелых и психологически сложных условиях, продление жизни человека до верхнего видового предела и увеличение этого предела, увеличение интеллектуальных и физических возможностей человека также связываются с открытием и применением соответствующих веществ. Среди химических соединений, созданных для самых разнообразных целей, могут быть вещества, необходимые растениеводству и животноводству, биотехнологии, микробиологической промышленности…

Рассмотренная ситуация в целом чревата непредусмотренными эффектами опасного биологического действия химических соединений на человека и животный мир. Среди них следует выделить те эффекты, проявление которых заметно отдалено от момента воздействия вещества на организм — канцерогенный, промоторный, мутагенный, тератогенный и др.— не только в силу их опасности для человека, но и в связи с тем, что…