21 сентября 2012

Поиск и создание биологически активных веществ для сельского хозяйства

Для поиска и создания биологически активных веществ для сельского хозяйства (средства борьбы с вредителями, стимуляторы роста и плодовитости) очень большое значение имели успехи таких областей биологии, как систематика, сравнительная физиология и биохимия, экология, биология развития, общая физиология, особенно учение об адаптации.

Существенное значение для определения концепции поиска биологически активных веществ имели успехи медицины. Прогресс медицины XX в. привел к значительному продвижению в понимании природы рака, сердечно-сосудистых и психических заболеваний. Охарактеризован большой класс генетических болезней. В XX в. сформировалось учение о вирусных и бактериальных заболеваниях. Были поняты причины болезней, связанных с авитаминозами. Во многих случаях понимание патологии удалось довести до клеточного или даже молекулярного уровня.

В целом успехи химии, биологии, медицины к середине нашего века сформировали облик современной фармакологии как науки, способной обеспечить победу над многими болезнями, помочь организму человека в трудных условиях современной цивилизации. Достижения этих наук стали играть все большую роль в поиске и создании новых биологически активных веществ, а также объяснили многие предшествующие открытия лекарствоведения за предыдущие века.

На этом же этапе биологически активные вещества начинают все шире использоваться в других сферах деятельности. С открытий Либиха в практику входят минеральные удобрения, в XX в. применяются самые разнообразные химические средства борьбы с сорняками, насекомыми-вредителями, паразитирующими на сельскохозяйственных растениях, паразитическими грибами и др. Химические вещества пытаются применить в спорте.

Существенное место в экономике занимают новые средства консервации пищи.

В XX в. впервые возникает серьезный разрыв между скоростью роста массива новых химических соединений, в основном синтезируемых химиками, и скоростью получения данных об их биологической активности. Этот разрыв становится все более угрожающим не только потому, что при этом теряется много потенциально полезных веществ (лекарств, пестицидов и т. д.), но и главным образом потому, что много веществ и соединений, обладающих опасным для человека и окружающей природы видом активности, попадают в его организм, нарушают экосистемы, губят различные виды животных и растений.

Для преодоления этого разрыва создаются обширные, в том числе национальные и международные программы скрининга химических соединений по отдельным наиболее актуальным видам биологической активности.

Понятие скрининга восходит к английскому слову screening — просеивание, отсев, отбор; так назван процесс определения некоторых видов биологической активности у большого массива природных или синтетических химических соединений путем стандартных, высокопроизводительных приемов.

Несмотря на большой объем некоторых скрининговых программ и на установление предельно допустимых концентраций по токсичности для многих тысяч веществ, такой подход не позволил решить стратегическую задачу — сократить и ликвидировать разрыв между величиной массива химических соединений и знанием о его биологической активности.

В целом в этот период все более явно господствуют идеи, связанные с применением чистых, в основном искусственно синтезированных веществ с установленной структурой. Успехи органической, металлоорганической химий, химии комплексных соединений обеспечивают возникновение огромного арсенала синтетических химических соединений.

В освоении биологической активности химических соединений все большее значение приобретает молекулярное, химическое конструирование на основе тех или иных представлений о молекулярной организации биохимических процессов.

Конструирование химических соединений с заданной активностью на основе молекулярных представлений почти полностью вытесняет драг-дизайн, основанный на создании оптимальных смесей соединений и веществ. Этому прежде большому искусству отводится скромная роль лишь в создании готовых лекарственных средств, для обеспечения лучшей усвояемости основного активного начала, его стабилизации и т. д.

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



Существует принципиальная возможность увеличения числа «счастливых» случаев: испытывать все известные химические соединения на все возможные виды фармакологической активности. Это фактически принцип тотального просеивания «все через все». Реализовать его на практике, по существу, очень сложно: классификация этих видов достаточно запутана, количество видов велико. Однако биологические испытания достаточно больших массивов химических соединений на достаточно большое, но ограниченное…

Экономическая эффективность скрининга

Экономическая эффективность скрининга возрастает, если растет число тестируемых активностей, если скрининг становится многоцелевым и, помимо фармакологии, ориентированным и на цели сельского хозяйства, микробиологической промышленности, охраны окружающей среды и т. п. Скрининг в принципе сходен с тем стихийным процессом отбора объектов из растительного и животного мира, который осуществлялся всем человечеством на протяжении тысячелетий. Этот параллелизм наглядно…

При скрининге обнаружение у веществ определенных свойств — по-прежнему случайное событие, но вероятность появления такого события как бы резко возрастает. Если случайно в данном массиве химических соединений оказалось соединение с определенным видом биологической (фармакологической) активности, оно будет обнаружено со степенью вероятности, зависящей от надежности теста, определяющего в системе этот вид активности. Если рассмотреть короткую историю…

Под термином биологически активные вещества мы подразумеваем как индивидуальные вещества с известной биологической активностью, так и их многокомпонентные смеси определенного или неизвестного состава. Поиск согласно принятым трактовкам этого термина предполагает наличие цели и многих возможностей ее достижения, между которыми необходимо сделать выбор оптимального пути. Этот выбор и последующее движение к цели происходит в виде некоторой…

Как нам представляется, основная причина фармакологического взрыва во второй половине и особенно в конце XX в. — развитие и интеграция медицины, биологии, химии, совершенствование методов физико-химического анализа. Немаловажное значение имело создание химико-фармацевтической индустрии с ее большими запросами к науке и возможностью материально обеспечить эти запросы. Сыграло свою роль и увеличение ценности человеческой жизни, растущее вместе…