Биоразведка (также известная как поиск биоразнообразия ) — это исследование природных источников малых молекул , макромолекул , биохимической и генетической информации, которые могут быть преобразованы в коммерчески ценные продукты для сельского хозяйства , [2] [3] аквакультуры , [4] [5] биоремедиация , [4] [6] косметика , [7] [8] нанотехнологии , [4] [9] или фармацевтическая [2] [10] промышленность. Например, в фармацевтической промышленности почти треть всех низкомолекулярных лекарств, одобренных Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в период с 1981 по 2014 год, представляли собой либо натуральные продукты , либо соединения, полученные 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 средствам идентификации новых соединений с новыми биологическая активность . [7] [10] [13] [14] Виды могут подвергаться случайному скринингу на биологическую активность или рационально отбираться и проверяться на основе экологической , этнобиологической , этномедицинской , исторической или геномной информации. [10] [15] [16]
Когда биологические ресурсы региона или знания коренных народов неэтично присваиваются или используются в коммерческих целях без предоставления справедливой компенсации, это называется биопиратством . [12] [17] Были заключены различные международные договоры, чтобы предоставить странам правовую защиту в случае биопиратства и предложить коммерческим субъектам юридическую определенность для инвестиций. К ним относятся Конвенция ООН о биологическом разнообразии и Нагойский протокол . [2] [ 10] В настоящее время ВОИС ведет переговоры по новым договорам , направленным на устранение пробелов в этой области.
Другими рисками, связанными с биоразведкой, являются чрезмерный вылов отдельных видов и ущерб окружающей среде, однако разработано законодательство и для борьбы с ними. Примеры включают 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 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 sqamosa ) являются примерами биопестицидов, [21] [22] [19] [23] ] и валнемулин и тиамулин (обнаруженные и полученные из базидиомицетов Omphalina mutila и Clitopilus passeckerianus ) являются примерами ветеринарных антибиотиков. [24] [25]
Примеры продуктов биоразведки, используемых в биоремедиации, включают лакказные ферменты , 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 полученные из Porphyridium cruentum смеси олигосахаридов и олигоэлементов, используемые для лечения эритемы ( розацеа , приливы и темные круги под глазами ), [7] зеаксантин , полученный из Xanthobacter autotropicus , используемый для увлажнения кожи и защиты от ультрафиолета , [8] Clostridium коллагеназы , полученные из histolyticum , используемые для регенерации кожи , [8] и кератиназы, полученные из Microsporum , используемые для удаления волос . [8]
Поскольку микробные лакказы имеют широкий диапазон субстратов , их можно использовать в биосенсорных технологиях для обнаружения широкого спектра органических соединений . Например, лакказосодержащие электроды 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 в результате биоразведки, включая аминогликозиды , тетрациклины , амфениколы , полимиксины , цефалоспорины и другие β-лактамные антибиотики , макролиды , плевромутилины , гликопептиды , рифамицины , линкозамиды , стрептограмины и антибиотики фосфоновой кислоты . [10] [26] Аминогликозидный антибиотик стрептомицин , например, был открыт из почвенной бактерии Streptomyces griseus , фузидановый антибиотик фузидиевая кислота был обнаружен из почвенного гриба Acremonium fusidioides , а плевромутилиновые антибиотики (например, лефамулин ) были открыты и разработаны. из базидиомицетов Omphalina mutila и Clitopilus passeckerianus . [10] [24]
Другие примеры противоинфекционных препаратов, полученных путем биоразведки, включают противогрибковый препарат гризеофульвин ( обнаруженный из почвенного гриба Penicillium griseofulvum ), [27] противогрибковый и противолейшманиальный препарат амфотерицин B (обнаруженный из почвенной бактерии Streptomyces nodosus ), [28] противомалярийный препарат . препарат артемизинин (обнаруженный из растения Artemisia annua ), [1] [29] и противогельминтный препарат ивермектин (полученный из почвенной бактерии Streptomyces avermitilis ). [30]
Фармацевтические препараты, полученные в результате биоразведки, были также 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] противоопухолевый препарат. воспалительный препарат колхицин , используемый для лечения и предотвращения вспышек подагры ( полученный из растения Colchicum Autumnale ), [1] обезболивающий препарат зиконотид (полученный из конусной улитки Conus magus ), [13] и ингибитор ацетилхолинэстеразы галантамин , используемый для лечения болезни Альцгеймера ( получен из растений рода Galanthus ). [33]
Биоразведка имеет как сильные, так и слабые стороны как стратегия открытия новых генов, молекул и организмов, пригодных для разработки и коммерциализации.
Малые молекулы , полученные в результате биоразведки (также известные как натуральные продукты ), более структурно сложны, чем синтетические химические вещества, и поэтому проявляют большую специфичность по отношению к биологическим целям . Это большое преимущество при открытии и разработке лекарств , особенно в фармакологических аспектах открытия и разработки лекарств, где нецелевые эффекты могут вызвать побочные реакции на лекарства . [10]
Натуральные продукты также более поддаются мембранному транспорту , чем синтетические соединения. Это выгодно при разработке антибактериальных препаратов, которым, возможно, придется проникать как через внешнюю, так и через плазматическую мембрану , чтобы достичь своей цели. [10]
Чтобы некоторые биотехнологические инновации работали, 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 температуре 60°C и выше. [14] В других ситуациях, например дефосфорилировании , может быть желательно проводить реакцию при низкой температуре. [13] Биоразведка экстремофилов является важным источником таких ферментов, в результате чего получаются термостабильные ферменты, такие как Taq- полимераза (из Thermus aquaticus ), [14] и адаптированные к холоду ферменты, такие как щелочная фосфатаза креветок (из Pandalus Borealis ). [13]
Поскольку Конвенция о биологическом разнообразии (КБР) в настоящее время ратифицирована большинством стран, биоразведка может объединить богатые биоразнообразием и технологически развитые страны и принести им пользу как в образовательном, так и в экономическом плане (например, обмен информацией, передача технологий , разработка новых продуктов , роялти ). [2] [35]
Для полезных молекул, идентифицированных посредством микробной биоразведки, масштабирование производства возможно при разумных затратах, поскольку продуцирующий микроорганизм можно культивировать в биореакторе . [8] [36]
Хотя известно, что некоторые потенциально очень полезные микроорганизмы существуют в природе (например, микробы, метаболизирующие лигноцеллюлозу ), при их культивировании в лабораторных условиях возникли трудности. [38] Эту проблему можно решить путем генетического манипулирования более простыми в культивировании организмами, такими как Escherichia coli или Streptomyces coelicolor, для экспрессии кластера генов , ответственного за желаемую активность. [14] [39]
Выделение и идентификация соединения(й), ответственного за активность биологического экстракта, может быть затруднено. [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]
Реализация и обеспечение соблюдения договоров и законодательства, связанных с биоразведкой, не всегда проста. [2] [35] Разработка лекарств по своей сути является дорогостоящим и трудоемким процессом с низким уровнем успеха, и это затрудняет количественную оценку ценности потенциальных продуктов при составлении соглашений о биоразведке. [2] Присуждение прав интеллектуальной собственности также может быть затруднено. Например, законные права на лекарственное растение могут быть оспорены, если оно было обнаружено разными людьми в разных частях света в разное время. [2]
Хотя структурная сложность натуральных продуктов обычно выгодна при открытии лекарств, она может затруднить последующее производство потенциальных лекарств. Эту проблему иногда можно решить, выявив часть структуры природного продукта, отвечающую за активность, и разработав упрощенный синтетический аналог. Это было необходимо для природного продукта галихондрина B, его упрощенного аналога эрибулина, 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 изолированных соединений на токсичность и определение механизма действия .
Прежде чем собирать биологический материал или традиционные знания , необходимо получить соответствующие разрешения от страны происхождения, владельца земли и т. д. Невыполнение этого требования может привести к уголовному преследованию и отклонению любых последующих патентных заявок. Также важно собрать биологический материал в достаточных количествах, официально идентифицировать биологический материал и передать 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 биологическую активность и токсичность желательно использовать стандартные протоколы (например, CLSI , ISO , NIH , EURL ECVAM , OECD ), поскольку это повышает точность и воспроизводимость результатов испытаний. Кроме того, если исходный материал, вероятно, будет содержать известные (ранее обнаруженные) активные соединения (например, стрептомицин в случае актиномицетов), то необходима дерепликация, чтобы исключить эти экстракты и соединения из процесса открытия как можно раньше. Кроме того, важно учитывать влияние растворителя на тестируемые клетки или клеточные линии , включать эталонные соединения (т. е. чистые химические соединения , для которых доступны точные данные о биологической активности и токсичности), устанавливать ограничения на количество пассажей клеточных линий (например, . 10–20 пассажей), включить все необходимые положительные и отрицательные контроли и учитывать ограничения анализа. Эти шаги помогают обеспечить точность, воспроизводимость и правильную интерпретацию результатов анализа. [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] В случае экстракта корня валерианы лекарственной , например, эффект этого экстракта , вызывающий сон, обусловлен множеством соединений и механизмов, включая взаимодействие с ГАМК-рецепторами 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 удаления сульфгидрила, используемый для обнаружения ингибирования гистон-ацетилтрансферазы, может дать ложноположительный результат, если тестируемое соединение ковалентно реагирует с цистеинами. [42]
Термин «биопиратство» был придуман Пэтом Муни [43] для описания практики, при которой коренные знания о природе, происходящие от коренных народов , используются другими для получения прибыли без разрешения или компенсации самим коренным народам. [44] Например, когда биоразведчики опираются на местные знания о лекарственных растениях, которые позже запатентованы медицинскими компаниями, не признавая того факта, что эти знания не являются новыми или изобретены патентообладателем, это лишает местное сообщество их потенциальных прав на коммерческое использование. продукт, полученный на основе технологии, которую они сами разработали. [45] Критики этой практики, такие как Гринпис , [46] утверждают, что такая практика способствует неравенству между развивающимися странами, богатыми биоразнообразием , и развитыми странами, принимающими биотехнологические фирмы. [45]
В 1990-х годах многие крупные фармацевтические компании и компании, занимающиеся разработкой лекарств, отреагировали на обвинения в биопиратстве, прекратив работу над натуральными продуктами и обратившись к комбинаторной химии для разработки новых соединений. [43]
Ящик с розовым барвинком датируется 1950-ми годами. Розовый барвинок, родом из Мадагаскара , был широко завезен в другие тропические страны мира задолго до открытия винкристина . Сообщается, что в разных странах сложились разные представления о медицинских свойствах растения. [47] Это означало, что исследователи могли получить местные знания из одной страны и образцы растений из другой. Использование растения при диабете стало первоначальным стимулом для исследований. Вместо этого была обнаружена эффективность лечения как лимфомы Ходжкина , так и лейкемии . [48] Химиотерапевтический препарат для лечения лимфомы Ходжкина винбластин получают из розового барвинка. [49]
Споры о биоразведке майя ICBG разгорелись в 1999–2000 годах, когда несколько неправительственных организаций и организаций коренных народов обвинили Международную кооперативную группу по биоразнообразию во главе с этнобиологом Брентом Берлином в неэтичных формах биоразведки . Целью ICBG было документирование биоразнообразия штата Чьяпас ( Мексика) и этноботанических знаний коренных народов майя , чтобы выяснить, существуют ли возможности разработки медицинских продуктов на основе каких-либо растений, используемых коренными народами. [50] [51]
Дело Maya ICBG было одним из первых, кто привлек внимание к проблемам разграничения между доброкачественными формами биоразведки и неэтичным биопиратством, а также к трудностям обеспечения участия сообщества и предварительного информированного согласия для потенциальных биоразведчиков. [52]
В 1994 году Министерство сельского хозяйства США и компания WR Grace and Company получили европейский патент на методы борьбы с грибковыми инфекциями растений с помощью композиции, включающей экстракты дерева нима ( Azadirachta indica ), произрастающего по всей территории Индии и Непала . [53] [54] [55] В 2000 году против патента успешно выступили несколько групп из ЕС и Индии, включая Партию зеленых ЕС, Вандану Шиву и Международную федерацию движений за органическое сельское хозяйство (IFOAM) на том основании, что фунгицидное действие Действие экстракта нима давно известно в традиционной индийской 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] Правительство Индии оспорило этот патент, и в 2002 году пятнадцать из двадцати претензий к патенту были признаны недействительными. [58]
Фасоль Энола — разновидность мексиканской желтой фасоли , названная так в честь жены человека, запатентовавшего ее в 1999 году. [59] Якобы отличительной особенностью сорта являются семена специфического оттенка желтого цвета. Владелец патента впоследствии подал в суд на большое количество импортеров мексиканской желтой фасоли, что привело к следующему результату: «...экспортные продажи немедленно упали более чем на 90% среди импортеров, которые продавали эту фасоль в течение многих лет, что нанесло экономический ущерб более чем 22 000 фермерам. в северной Мексике, которые зависели от продаж этих бобов». [60] От имени фермеров был подан иск, и в 2005 году ВПП США вынесла решение в пользу фермеров. В 2008 году патент был отозван. [61]
Hoodia gordonii , суккулентное растение , происходит из пустыни Калахари в Южной Африке . На протяжении поколений он был известен традиционно живущим народам сан как средство для подавления аппетита . В 1996 году Совет Южной Африки по научным и промышленным исследованиям начал 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 Южноафриканский совет сан заключил соглашение с CSIR, по которому они будут получать от коммерциализации своих традиционных знаний. От 6 до 8% дохода от продажи продукции Hoodia . [66]
В 2008 году, инвестировав 20 миллионов евро в исследования и разработки Hoodia как потенциального ингредиента пищевых добавок для похудания, Unilever прекратила проект, поскольку их клинические исследования не показали, что Hoodia достаточно безопасна и эффективна для вывода на рынок. [67]
Ниже приводится подборка дальнейших недавних случаев биопиратства. Большинство из них не относятся к традиционной медицине.
Одним из распространенных заблуждений является то, что фармацевтические компании патентуют растения, которые собирают. Хотя получение патента на природный организм, известный или использовавшийся ранее, невозможно, патенты могут быть получены на конкретные химические вещества, выделенные или разработанные из растений. Часто эти патенты получаются при заявленном и исследованном использовании этих химикатов. [ нужна цитата ] Как правило, существование, структура и синтез этих соединений не являются частью местных медицинских знаний, которые в первую очередь побудили исследователей проанализировать растение. В результате, даже если местные медицинские знания принять за уровень техники, эти знания сами по себе не делают активное химическое соединение «очевидным», что является стандартом, применяемым в соответствии с патентным законодательством.
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», «свободные от болезней» (патент № 141072). Аналогичный подход рассматривается и с патентами, касающимися биологических изобретений. В деле Даймонд против Чакрабарти 1980 года Верховный суд оставил в силе патент на бактерию, которая была генетически модифицирована для потребления нефти, аргументируя это тем, что законодательство США разрешает патентовать «все, что создано человеком под солнцем». Ведомство США по патентам и товарным знакам (USPTO) отметило, что «патент на ген распространяется на выделенный и очищенный ген, но не распространяется на ген в том виде, в котором он встречается в природе». [76]
В соответствии с законодательством США также возможно запатентовать сорт , новую разновидность существующего организма. Патент на бобы Enola (сейчас отозванный) [77] был примером такого рода патентов. Законы США об интеллектуальной собственности 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 обеспечила право контролировать доступ к генетическим ресурсам для стран, в которых эти ресурсы расположены. Одной из целей КБР является предоставление возможности менее развитым странам более эффективно использовать свои ресурсы и традиционные знания. Согласно правилам КБР, биоразведчики обязаны получить информированное согласие на доступ к таким ресурсам и должны делиться любыми выгодами со страной, богатой биоразнообразием. [80] Однако некоторые критики полагают, что КБР не смогло установить соответствующие правила для предотвращения биопиратства. [81] Другие утверждают, что основная проблема заключается в неспособности национальных правительств принять соответствующие законы, реализующие положения КБР. [82] Нагойский протокол к КБР, вступивший в силу в 2014 году, содержит дополнительные правила. [83] КБР ратифицирована, присоединилась или принята 196 странами и юрисдикциями по всему миру, за исключением Святейшего Престола и США . [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 принести гонорары менее развитым странам . Однако, хотя эти контракты основаны на предварительном информированном согласии и компенсации (в отличие от биопиратства), с каждым владельцем или носителем местных знаний и ресурсов не всегда консультируются или получают компенсацию, [84] поскольку было бы сложно обеспечить участие каждого человека. [85] В связи с этим некоторые предлагают, чтобы коренные или другие общины сформировали своего рода представительное микроправительство, которое вело бы переговоры с исследователями о заключении контрактов таким образом, чтобы сообщество получало выгоду от этих договоренностей. [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]
В связи с предыдущими случаями биопиратства и во избежание дальнейших случаев правительство Индии преобразовало традиционную индийскую медицинскую информацию из древних рукописей и других ресурсов в электронный ресурс; в результате в 2001 году была создана Цифровая библиотека традиционных знаний. [87] Тексты записываются на тамильском , санскрите , урду , персидском и арабском языках ; предоставляется патентным ведомствам на английском, немецком, французском, японском и испанском языках. Цель состоит в том, чтобы защитить наследие Индии от эксплуатации иностранными компаниями. [88] В коллекции также хранятся сотни поз йоги . [88] Библиотека также подписала соглашения с ведущими международными патентными ведомствами , такими как Европейское патентное ведомство (ЕПВ), Ведомство по товарным знакам и патентам Соединенного Королевства (UKTPO) и Ведомство по патентам и товарным знакам США, о защите традиционных знаний от биопиратства, поскольку это позволяет патентовать экспертам международных патентных ведомств для доступа к базам данных TKDL для целей патентного поиска и экспертизы. [73] [89] [90]
{{cite book}}
: CS1 maint: location missing publisher (link){{cite book}}
: CS1 maint: location missing publisher (link){{cite book}}
: CS1 maint: location missing publisher (link)В КБР говорится, что выгоды, возникающие в результате использования генетических ресурсов, должны распределяться справедливым и равноправным образом (Рау, 2010).