Pharming – leki od genetycznie modyfikowanych zwierząt

Z farmy do apteki

Gdzieś w klimatyzowanym obiekcie stado kur znosi jaja, które wyglądają zupełnie zwyczajnie. Ale wystarczy je rozbić, a białko jaja zawiera ludzkie białko terapeutyczne zdolne do leczenia rzadkiej, zagrażającej życiu choroby. Witamy w pharmingu – słowie powstałym z połączenia słów „pharmaceutical” (farmaceutyczny) i „farming” (rolnictwo) – gdzie genetycznie zmodyfikowane zwierzęta służą jako żywe bioreaktory do produkcji leków.

Koncepcja brzmi jak science fiction, a jednak leki produkowane w ten sposób są na rynku od ponad dekady. W sytuacji, gdy tradycyjna produkcja biofarmaceutyczna boryka się z rosnącymi kosztami i ograniczeniami mocy produkcyjnych, pharming oferuje radykalnie odmienne podejście: pozwólmy biologii wykonać ciężką pracę.

Jak naukowcy zamieniają zwierzęta w fabryki leków

Pharming rozpoczyna się od technologii rekombinowanego DNA. Naukowcy identyfikują ludzki gen, który koduje pożądane białko terapeutyczne – enzym, przeciwciało lub hormon. Następnie łączą ten gen z regulatorową sekwencją DNA od zwierzęcia docelowego, która kieruje ekspresją białka do określonej tkanki, takiej jak gruczoł mlekowy lub jajowód.

Ta zmodyfikowana konstrukcja DNA, zwana transgenem, jest wprowadzana do zapłodnionego zarodka, zazwyczaj poprzez mikroiniekcję lub wektory wirusowe. Powstałe zwierzę nosi ludzki gen w każdej komórce, ale aktywuje go tylko tam, gdzie jest to zamierzone. U kóz i krów białko pojawia się w mleku. U kur gromadzi się w białkach jaj.

Gdy zwierzę dojrzeje i zacznie produkować mleko lub znosić jaja, docelowe białko jest ekstrahowane i oczyszczane przy użyciu standardowych technik biochemicznych. Samo zwierzę nie doznaje uszczerbku – kozy są dojone normalnie, a kury znoszą jaja zgodnie z ich zwykłym harmonogramem.

Prawdziwe leki, prawdziwi pacjenci

Pierwszym lekiem produkowanym w ten sposób, który trafił do pacjentów, był ATryn, rekombinowana ludzka antytrombina produkowana w mleku transgenicznych kóz. Zatwierdzony przez Komisję Europejską w 2006 roku i przez amerykańską FDA w 2009 roku, ATryn leczy wrodzony niedobór antytrombiny, zaburzenie krzepnięcia krwi dotykające około jednej na 5000 osób. Według producenta, pojedyncza transgeniczna koza produkuje rocznie tyle antytrombiny, co 90 000 donacji ludzkiej krwi.

W 2015 roku FDA zatwierdziła Kanuma (sebelipaza alfa), rekombinowany enzym produkowany w jajach genetycznie zmodyfikowanych kur. Kanuma leczy niedobór lizosomalnej kwaśnej lipazy, rzadką dziedziczną chorobę, która powoduje niebezpieczne gromadzenie się tłuszczu w wątrobie i śledzionie. Stał się pierwszym lekiem wyprodukowanym w kurzych jajach i zatwierdzonym do użytku przez ludzi.

Dlaczego jaja i mleko są lepsze od stalowych zbiorników

Konwencjonalna produkcja biofarmaceutyczna opiera się na hodowlach komórek ssaczych rosnących w bioreaktorach ze stali nierdzewnej – proces, który jest skuteczny, ale kosztowny i trudny do skalowania. Budowa nowego zakładu produkcyjnego może kosztować setki milionów dolarów i trwać lata.

Pharming oferuje kilka zalet:

• Niższy koszt: Utrzymanie zwierząt jest stosunkowo niedrogie w porównaniu z przemysłowymi zakładami hodowli komórkowej.
• Szybkie skalowanie: Hodowla większej liczby zwierząt jest szybsza niż budowa nowych fabryk.
• Wysoka wydajność: Kura może znieść do 300 jaj rocznie, a naukowcy z Roslin Institute wykazali, że zaledwie trzy jaja mogą dostarczyć klinicznie istotną dawkę leku.
• Prawidłowe fałdowanie białek: Komórki zwierzęce naturalnie dodają złożone modyfikacje cukrowe, których wiele ludzkich białek potrzebuje do prawidłowego funkcjonowania – czego systemy bakteryjne nie potrafią.

Wyzwania i pytania etyczne

Pharming nie jest pozbawiony przeszkód. Tylko około jeden procent mikroiniekcyjnych zarodków daje żywe zwierzę, które prawidłowo eksprymuje transgen, co sprawia, że początkowe tworzenie zwierząt założycielskich jest czasochłonne. Nadzór regulacyjny jest również złożony: zatwierdzenie Kanumy przez FDA wymagało koordynacji między Centrum Medycyny Weterynaryjnej a Centrum Oceny i Badań Leków.

Utrzymują się obawy dotyczące dobrostanu zwierząt, chociaż naukowcy podkreślają, że zwierzęta transgeniczne nie wykazują negatywnych skutków zdrowotnych i żyją normalnie. Izolacja jest kolejnym aspektem – zwierzęta wykorzystywane w pharmingu muszą być trzymane oddzielnie od łańcucha pokarmowego, aby zapobiec przedostawaniu się białek terapeutycznych do żywności.

Co dalej

Postępy w narzędziach do edycji genów, takich jak CRISPR, przyspieszają i zwiększają precyzję tworzenia zwierząt transgenicznych, potencjalnie poprawiając niskie wskaźniki sukcesu, które historycznie ograniczały pharming. Naukowcy badają również nowe gatunki gospodarzy i systemy ekspresji, aby poszerzyć zakres białek, które można produkować.

W miarę jak rośnie zapotrzebowanie na złożone leki biologiczne – przeciwciała monoklonalne, terapie enzymatyczne i nowe cytokiny – pharming jawi się jako sprawdzona, skalowalna alternatywa, która przekształca najstarszą gałąź przemysłu na świecie w awangardę nowoczesnej medycyny.