Биоразведка (также известная как разведка биоразнообразия ) — это исследование природных источников малых молекул , макромолекул и биохимической и генетической информации, которые могут быть разработаны в коммерчески ценные продукты для сельского хозяйства , [2] [3] аквакультуры , [4] [5] биоремедиации , [4] [6] косметики , [7] [8] нанотехнологий , [4] [9] или фармацевтической [2] [10] промышленности. В фармацевтической промышленности, например, почти треть всех низкомолекулярных препаратов, одобренных Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в период с 1981 по 2014 год, были либо натуральными продуктами , либо соединениями, полученными из натуральных продуктов. [11]
Наземные растения , грибы и актинобактерии были в центре внимания многих прошлых программ биоразведки, [12] но растет интерес к менее изученным экосистемам (например, морям и океанам) и организмам (например, миксобактериям , археям ) как к средствам идентификации новых соединений с новой биологической активностью . [7] [10] [13] [14] Виды могут быть случайным образом проверены на биологическую активность или рационально отобраны и проверены на основе экологической , этнобиологической , этномедицинской , исторической или геномной информации. [10] [15] [16]
Когда биологические ресурсы или местные знания региона неэтично присваиваются или эксплуатируются в коммерческих целях без предоставления справедливой компенсации, это известно как биопиратство . [12] [17] Были заключены различные международные договоры, чтобы предоставить странам правовую защиту в случае биопиратства и предложить коммерческим субъектам правовую определенность для инвестиций. К ним относятся Конвенция ООН о биологическом разнообразии и Нагойский протокол . [2] [10] В настоящее время ВОИС ведет переговоры о заключении большего количества договоров для устранения пробелов в этой области.
Другие риски, связанные с биоразведкой, — это чрезмерный вылов отдельных видов и ущерб окружающей среде, но законодательство было разработано для борьбы и с этим. Примерами служат национальные законы, такие как Закон США о защите морских млекопитающих и Закон США об исчезающих видах , а также международные договоры, такие как Конвенция ООН о биологическом разнообразии, Конвенция ООН по морскому праву , Договор о биоразнообразии за пределами национальной юрисдикции и Договор об Антарктике . [10] [18]
Ресурсы и продукты, полученные в результате биоразведки, используемые в сельском хозяйстве, включают биоудобрения , биопестициды и ветеринарные антибиотики . Rhizobium — это род почвенных бактерий, используемых в качестве биоудобрений, [20] Bacillus thuringiensis (также называемый Bt) и аннонины (полученные из семян растения Annona squamosa ) являются примерами биопестицидов, [21] [22] [19] [23] а валнемулин и тиамулин (открытые и разработанные из базидиальных грибов Omphalina mutila и Clitopilus passeckerianus ) являются примерами ветеринарных антибиотиков. [24] [25]
Примерами биоразведочных продуктов, используемых в биоремедиации, являются ферменты лакказы, полученные из Coriolopsis gallica и Phanerochaete chrysosporium , которые используются для очистки сточных вод пивоваренных заводов , а также для дехлорирования и обесцвечивания сточных вод бумажных фабрик . [9]
Косметика и средства личной гигиены, полученные в результате биоразведки, включают смеси олигосахаридов и олигоэлементов, полученные из Porphyridium cruentum , используемые для лечения эритемы ( розацеа , приливы и темные круги ), [7] зеаксантин, полученный из Xanthobacter autotrophicus , используемый для увлажнения кожи и защиты от ультрафиолета , [8] коллагеназы, полученные из Clostridium histolyticum, используемые для регенерации кожи , [8] и кератиназы , полученные из Microsporum, используемые для удаления волос . [8]
Поскольку микробные лакказы имеют широкий спектр субстратов , их можно использовать в биосенсорной технологии для обнаружения широкого спектра органических соединений . Например, электроды , содержащие лакказу, используются для обнаружения полифенольных соединений в вине , а также лигнинов и фенолов в сточных водах . [9]
Многие из антибактериальных препаратов, используемых в настоящее время в клинической практике, были обнаружены с помощью биоразведки, включая аминогликозиды , тетрациклины , амфениколы , полимиксины , цефалоспорины и другие β-лактамные антибиотики , макролиды , плевромутилины , гликопептиды , рифамицины , линкозамиды , стрептограмины и антибиотики фосфоновой кислоты . [10] [26] Например, аминогликозидный антибиотик стрептомицин был обнаружен из почвенной бактерии Streptomyces griseus , фузидановый антибиотик фузидиевая кислота была обнаружена из почвенного гриба Acremonium fusidioides , а плевромутилиновые антибиотики (например, лефамулин ) были обнаружены и разработаны из базидиальных грибов Omphalina mutila и Clitopilus passeckerianus . [10] [24]
Другие примеры противоинфекционных препаратов, полученных с помощью биоразведки, включают противогрибковый препарат гризеофульвин (обнаруженный из почвенного гриба Penicillium griseofulvum ), [27] противогрибковый и противолейшманиозный препарат амфотерицин B (обнаруженный из почвенной бактерии Streptomyces nodosus ), [28] противомалярийный препарат артемизинин (обнаруженный из растения Artemisia annua ), [1] [29] и противогельминтный препарат ивермектин ( разработанный из почвенной бактерии Streptomyces avermitilis ). [30]
Полученные в результате биоразведки фармацевтические препараты также были разработаны для лечения неинфекционных заболеваний и состояний. К ним относятся противораковый препарат блеомицин (полученный из почвенной бактерии Streptomyces verticillus ), [31] иммунодепрессант циклоспорин , используемый для лечения аутоиммунных заболеваний, таких как ревматоидный артрит и псориаз (полученный из почвенного гриба Tolypocladium inflatum ), [32] противовоспалительный препарат колхицин, используемый для лечения и профилактики приступов подагры (полученный из растения Colchicum autumnale ), [1] анальгетик зиконотид ( полученный из улитки-конуса Conus magus ), [13] и ингибитор ацетилхолинэстеразы галантамин, используемый для лечения болезни Альцгеймера (полученный из растений рода Galanthus ). [33]
Биоразведка как стратегия обнаружения новых генов, молекул и организмов, пригодных для разработки и коммерциализации, имеет как сильные, так и слабые стороны.
Малые молекулы, полученные в результате биоразведки (также известные как натуральные продукты ), имеют более сложную структуру, чем синтетические химикаты, и поэтому демонстрируют большую специфичность по отношению к биологическим мишеням . Это большое преимущество в открытии и разработке лекарств , особенно в фармакологических аспектах открытия и разработки лекарств, где нецелевые эффекты могут вызывать неблагоприятные лекарственные реакции . [10]
Натуральные продукты также более поддаются мембранному транспорту, чем синтетические соединения. Это выгодно при разработке антибактериальных препаратов, которым может потребоваться пересечь как внешнюю мембрану , так и плазматическую мембрану, чтобы достичь своей цели. [10]
Для работы некоторых биотехнологических инноваций важно иметь ферменты , которые функционируют при необычно высоких или низких температурах. Примером этого является полимеразная цепная реакция (ПЦР), которая зависит от ДНК-полимеразы , которая может работать при 60°C и выше. [14] В других ситуациях, например, при дефосфорилировании , может быть желательно проводить реакцию при низкой температуре. [13] Биоразведка экстремофилов является важным источником таких ферментов, производя термостабильные ферменты, такие как полимераза Taq (из Thermus aquaticus ), [14] и адаптированные к холоду ферменты, такие как щелочная фосфатаза креветок (из Pandalus borealis ). [13]
С учетом того, что Конвенция о биологическом разнообразии (КБР) теперь ратифицирована большинством стран, биоразведка может объединить страны с богатым биоразнообразием и технологически развитыми странами и принести им как образовательную, так и экономическую выгоду (например, обмен информацией, передача технологий , разработка новых продуктов , выплата роялти ). [2] [35]
Для полезных молекул, идентифицированных с помощью микробной биоразведки, масштабирование производства возможно при разумных затратах, поскольку продуцирующий микроорганизм может быть культивирован в биореакторе . [8] [36]
Хотя известно, что в природе существуют некоторые потенциально очень полезные микроорганизмы (например, микробы, метаболизирующие лигноцеллюлозу ), при их культивировании в лабораторных условиях возникли трудности. [38] Эту проблему можно решить путем генетической манипуляции с более простыми в культивировании организмами, такими как Escherichia coli или Streptomyces coelicolor, для экспрессии кластера генов, отвечающих за желаемую активность. [14] [39]
Выделение и идентификация соединения(й), ответственного за активность биологического экстракта, может быть сложной задачей. [39] Кроме того, последующее выяснение механизма действия выделенного соединения может занять много времени. [39] Технологические достижения в области жидкостной хроматографии , масс-спектрометрии и других методов помогают преодолеть эти проблемы. [39]
Внедрение и обеспечение соблюдения договоров и законодательства, связанных с биоразведкой, не всегда легко. [2] [35] Разработка лекарств — изначально дорогостоящий и трудоемкий процесс с низкими показателями успешности, и это затрудняет количественную оценку стоимости потенциальных продуктов при составлении соглашений о биоразведке. [2] Права интеллектуальной собственности также могут быть сложными для предоставления. Например, юридические права на лекарственное растение могут быть спорными, если оно было обнаружено разными людьми в разных частях света в разное время. [2]
Хотя структурная сложность природных продуктов, как правило, выгодна при открытии лекарств, она может затруднить последующее производство кандидатов на лекарства. Эта проблема иногда решается путем идентификации части структуры природного продукта, отвечающей за активность, и разработки упрощенного синтетического аналога. Это было необходимо с природным продуктом галихондрином B, его упрощенным аналогом эрибулином, который теперь одобрен и продается как противораковый препарат . [40]
Ошибки и упущения могут возникать на разных этапах процесса биоразведки, включая сбор исходного материала, проверку исходного материала на биологическую активность , тестирование выделенных соединений на токсичность и идентификацию механизма действия .
Перед сбором биологического материала или традиционных знаний необходимо получить соответствующие разрешения от страны-источника, землевладельца и т. д. Невыполнение этого требования может привести к уголовному преследованию и отклонению любых последующих патентных заявок. Также важно собирать биологический материал в достаточных количествах, официально идентифицировать биологический материал и сдать ваучерный образец в хранилище для долгосрочного сохранения и хранения. Это помогает гарантировать воспроизводимость любых важных открытий. [10] [13]
При тестировании экстрактов и выделенных соединений на биоактивность и токсичность желательно использовать стандартные протоколы (например, CLSI , ISO , NIH , EURL ECVAM , OECD ), поскольку это повышает точность и воспроизводимость результатов теста. Кроме того, если исходный материал, вероятно, содержит известные (ранее обнаруженные) активные соединения (например, стрептомицин в случае актиномицетов), то необходимо провести дерепликацию, чтобы исключить эти экстракты и соединения из процесса разработки как можно раньше. Кроме того, важно учитывать воздействие растворителя на тестируемые клетки или клеточные линии , включать референтные соединения (т. е. чистые химические соединения, для которых имеются точные данные о биоактивности и токсичности), устанавливать ограничения на количество проходов клеточной линии (например, 10–20 проходов), включать все необходимые положительные и отрицательные контроли и учитывать ограничения анализа. Эти шаги помогают гарантировать, что результаты анализа будут точными, воспроизводимыми и правильно интерпретируемыми. [10] [13]
При попытке выяснить механизм действия экстракта или изолированного соединения важно использовать несколько ортогональных анализов. Использование только одного анализа, особенно одного анализа in vitro , дает очень неполную картину воздействия экстракта или соединения на организм человека. [41] [42] Например, в случае экстракта корня валерианы лекарственной снотворные эффекты этого экстракта обусловлены несколькими соединениями и механизмами, включая взаимодействие с рецепторами ГАМК и расслабление гладких мышц . [41] Механизм действия изолированного соединения также может быть неправильно идентифицирован, если используется один анализ, поскольку некоторые соединения мешают анализам. Например, анализ захвата сульфгидрила, используемый для обнаружения ингибирования гистонацетилтрансферазы, может дать ложноположительный результат, если тестируемое соединение ковалентно реагирует с цистеинами. [42]
Термин «биопиратство» был придуман Пэтом Муни [43] для описания практики, при которой исконные знания о природе, берущие начало от коренных народов , используются другими для получения прибыли без разрешения или компенсации самим коренным народам. [44] Например, когда биоразведчики используют исконные знания о лекарственных растениях, которые впоследствии патентуются медицинскими компаниями, не признавая того факта, что эти знания не являются новыми или изобретенными патентообладателем, это лишает коренное сообщество их потенциальных прав на коммерческий продукт, полученный с помощью технологии, которую они сами разработали. [45] Критики этой практики, такие как Гринпис [ 46], утверждают, что эти практики способствуют неравенству между развивающимися странами, богатыми биоразнообразием , и развитыми странами, принимающими биотехнологические компании. [45]
В 1990-х годах многие крупные фармацевтические и фармацевтические компании ответили на обвинения в биопиратстве, прекратив работу над натуральными продуктами и обратившись к комбинаторной химии для разработки новых соединений. [43]
Случай с розовым барвинком относится к 1950-м годам. Розовый барвинок, хотя и произрастает на Мадагаскаре , был широко завезен в другие тропические страны по всему миру задолго до открытия винкристина . Сообщается, что разные страны приобрели разные убеждения о медицинских свойствах растения. [47] Это означало, что исследователи могли получать местные знания из одной страны и образцы растений из другой. Использование растения для лечения диабета было первоначальным стимулом для исследований. Вместо этого была обнаружена эффективность в лечении как лимфомы Ходжкина, так и лейкемии . [48] Химиотерапевтический препарат для лечения лимфомы Ходжкина винбластин получают из розового барвинка. [49]
Спор о биоразведке майя ICBG произошел в 1999–2000 годах, когда Международная кооперативная группа по биоразнообразию во главе с этнобиологом Брентом Берлином была обвинена в участии в неэтичных формах биоразведки несколькими НПО и организациями коренных народов. Целью ICBG было документирование биоразнообразия Чьяпаса , Мексика , и этноботанических знаний коренных народов майя — для того, чтобы выяснить, существуют ли возможности разработки медицинских продуктов на основе любого из растений, используемых коренными группами. [50] [51]
Дело Майя ICBG было одним из первых, которое привлекло внимание к проблемам разграничения доброкачественных форм биоразведки и неэтичного биопиратства, а также к трудностям обеспечения участия сообщества и предварительного информированного согласия потенциальных биоразведчиков. [52]
В 1994 году Министерство сельского хозяйства США и WR Grace and Company получили европейский патент на методы борьбы с грибковыми инфекциями растений с использованием состава, включающего экстракты дерева ним ( Azadirachta indica ), которое произрастает по всей Индии и Непалу . [53] [54] [55] В 2000 году патент был успешно оспорен несколькими группами из ЕС и Индии, включая Партию зеленых ЕС, Вандану Шиву и Международную федерацию движений за органическое сельское хозяйство (IFOAM), на основании того, что фунгицидная активность экстракта ним давно известна в индийской традиционной медицине . [55] WR Grace подала апелляцию и проиграла в 2005 году. [56]
В 1997 году американская корпорация RiceTec (дочерняя компания RiceTec AG из Лихтенштейна) попыталась запатентовать некоторые гибриды риса басмати и полукарликового длиннозерного риса. [57] Индийское правительство оспорило этот патент, и в 2002 году пятнадцать из двадцати патентных требований были признаны недействительными. [58]
Фасоль Энола — это разновидность мексиканской желтой фасоли , названная так в честь жены человека, запатентовавшего ее в 1999 году. [59] Предположительно отличительной чертой сорта являются семена определенного оттенка желтого цвета. Владелец патента впоследствии подал в суд на большое количество импортеров мексиканской желтой фасоли со следующим результатом: «...экспортные продажи немедленно упали более чем на 90% среди импортеров, которые продавали эту фасоль в течение многих лет, нанеся экономический ущерб более чем 22 000 фермеров на севере Мексики, которые зависели от продажи этой фасоли». [60] Иск был подан от имени фермеров, и в 2005 году Патентное ведомство США вынесло решение в пользу фермеров. В 2008 году патент был отозван. [61]
Hoodia gordonii , суккулентное растение , произрастает в пустыне Калахари в Южной Африке . На протяжении поколений оно было известно традиционно живущему народу Сан как средство для подавления аппетита . В 1996 году Совет по научным и промышленным исследованиям Южной Африкиначал работать с компаниями, включая Unilever , над разработкой пищевых добавок на основе худии . [62] [63] [64] [65] Первоначально народ Сан не должен был получать никаких выгод от коммерциализации своих традиционных знаний, но в 2003 году Совет Сан Южной Африки заключил соглашение с CSIR, по которому они будут получать от 6 до 8% дохода от продажи продукции худии . [66]
В 2008 году, после инвестирования 20 миллионов евро в исследования и разработки Hoodia как потенциального ингредиента в диетических добавках для снижения веса, компания Unilever прекратила проект, поскольку их клинические исследования не показали, что Hoodia достаточно безопасна и эффективна, чтобы выводить ее на рынок. [67]
Ниже приведена подборка недавних случаев биопиратства. Большинство из них не связаны с традиционной медициной.
Одно из распространенных заблуждений заключается в том, что фармацевтические компании патентуют растения, которые они собирают. В то время как получение патента на встречающийся в природе организм, как ранее известный или используемый, невозможно, патенты могут быть получены на определенные химические вещества, выделенные или разработанные из растений. Часто эти патенты получаются с заявленным и исследованным использованием этих химических веществ. [ необходима цитата ] Как правило, существование, структура и синтез этих соединений не являются частью традиционных медицинских знаний, которые побудили исследователей изначально проанализировать растение. В результате, даже если традиционные медицинские знания принимаются в качестве предшествующего уровня техники, эти знания сами по себе не делают активное химическое соединение «очевидным», что является стандартом, применяемым в соответствии с патентным правом.
В Соединенных Штатах патентное право может использоваться для защиты «изолированных и очищенных» соединений – даже, в одном случае, нового химического элемента (см. USP 3,156,523). В 1873 году Луи Пастер запатентовал «дрожжи», которые были «свободны от болезней» (патент № 141072). Патенты, охватывающие биологические изобретения, рассматривались аналогичным образом. В деле 1980 года Даймонд против Чакрабарти Верховный суд поддержал патент на бактерию, которая была генетически модифицирована для потребления нефти, рассудив, что законодательство США разрешает патенты на «все под солнцем, что создано человеком». Патентное и товарное ведомство США (USPTO) заметило, что «патент на ген охватывает изолированный и очищенный ген, но не охватывает ген, который встречается в природе». [76]
Также возможно патентование культивара , нового сорта существующего организма в соответствии с законодательством США. Патент на бобы Энола (ныне аннулированный) [77] был примером такого рода патента. Законы об интеллектуальной собственности США также признают права селекционеров растений в соответствии с Законом о защите сортов растений , 7 USC §§ 2321–2582. [78]
Конвенция о биологическом разнообразии (КБР) вступила в силу в 1993 году. Она закрепила права на контроль доступа к генетическим ресурсам для стран, в которых эти ресурсы находятся. Одна из целей КБР — дать возможность менее развитым странам извлекать большую выгоду из своих ресурсов и традиционных знаний. Согласно правилам КБР, биоразведчики обязаны получать осознанное согласие на доступ к таким ресурсам и должны делиться любыми выгодами со страной, богатой биоразнообразием. [80] Однако некоторые критики считают, что КБР не смогла установить соответствующие правила для предотвращения биопиратства. [81] Другие утверждают, что главная проблема заключается в неспособности национальных правительств принять соответствующие законы, реализующие положения КБР. [82] Нагойский протокол к КБР, вступивший в силу в 2014 году, предусматривает дополнительные правила. [83] КБР была ратифицирована, принята или принята 196 странами и юрисдикциями по всему миру, за исключением Святого Престола и Соединенных Штатов . [79]
Требования к биоразведке, установленные КБР, создали новую отрасль международного патентного и торгового права — контракты на биоразведку. [2] Контракты на биоразведку устанавливают правила распределения выгод между исследователями и странами и могут приносить роялти менее развитым странам . Однако, хотя эти контракты основаны на предварительном информированном согласии и компенсации (в отличие от биопиратства), каждый владелец или носитель коренных знаний и ресурсов не всегда консультируется или получает компенсацию, [84] поскольку было бы трудно гарантировать, что каждый человек включен. [85] Из-за этого некоторые предложили, чтобы коренные или другие общины сформировали тип представительного микроправительства, которое будет вести переговоры с исследователями для заключения контрактов таким образом, чтобы сообщество получало выгоду от соглашений. [85] Неэтичные контракты на биоразведку (в отличие от этических) можно рассматривать как новую форму биопиратства. [81]
Примером контракта на биоразведку является соглашение между Merck и INBio из Коста-Рики . [86]
Из-за предыдущих случаев биопиратства и для предотвращения дальнейших случаев правительство Индии преобразовало традиционную индийскую медицинскую информацию из древних рукописей и других ресурсов в электронный ресурс; это привело к созданию в 2001 году Традиционной цифровой библиотеки знаний . [87] Тексты записываются с тамильского , санскрита , урду , персидского и арабского языков ; предоставляются патентным ведомствам на английском, немецком, французском, японском и испанском языках. Цель состоит в том, чтобы защитить наследие Индии от эксплуатации иностранными компаниями. [88] Сотни поз йоги также хранятся в коллекции. [88] Библиотека также подписала соглашения с ведущими международными патентными ведомствами, такими как Европейское патентное ведомство (ЕПВ), Бюро по товарным знакам и патентам Соединенного Королевства (UKTPO) и Бюро по патентам и товарным знакам США, для защиты традиционных знаний от биопиратства, поскольку это позволяет патентным экспертам в Международных патентных ведомствах получать доступ к базам данных TKDL для целей патентного поиска и экспертизы. [73] [89] [90]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )КБР заявляет, что выгоды, получаемые от использования генетических ресурсов, должны распределяться на справедливой и равноправной основе (Rau, 2010 г.)