Тестирование биологической активности ксенобиотиков презентация

в практику человеческой деятельности, а следовательно, в биосферу, и объема внедрения новых знаний специалисты сравнивают с «песочными часами», где песчинки символизируют новые химические соединения. Верхняя сфера этих часов – область, где создаются эти новые химические соединения, нижняя – область, где они применяются. Узкий перешеек – область, где определяется биологическая активность веществ. Перетекают только те песчинки-соединения, которые перешли перешеек, другого пути нет.

биологическую активность, которое получило название скрининга.
Идея скрининга возникла достаточно давно. В 1910 г. одна из немецких фирм испытала около 1200 производных акридина. Было выявлено три фармакологически важных препарата: трифловин (против паразитических заболеваний), риванол (антисептик), акрихин (противомалярийный). В поисках заменителя хинина в 30-е гг. прошлого века было исследовано 16 000 соединений, принадлежащих к различным группам. Среди них 7618-м по счету оказался хлорохин, а 13 272-м – притахин.

хлорохин

хинин

около 114 000 соединений, из которых было отобрано 12 потенциальных лекарств, но ни одно из них не стало достаточно значимым в своем классе фармакологических препаратов.
С 1928 г. в СССР на протяжении 10 лет в поисках алкалоидов под руководством А. П. Орехова было исследовано 700 растений, среди которых было выделено всего 60 алкалоидов. В следующие 10 лет исследовались еще 4500 растений и было открыто еще 20 алкалоидов.

Организовал систематическое изучение алкалоидоносной флоры СССР; в результате изучения свыше 800 растений были выявлены ранее неизвестные алкалоидоносные семейства растений и доказано, что наличие алкалоидов не является строго специфичным для определённых видов или семейств; А. П. Ореховым и его сотрудниками открыто около 100 новых алкалоидов, в числе

Книга А. П. Орехова «Химия алкалоидов» (1938) — первое русское руководство по этому разделу фитохимии
 

Орехов А.П. (1887-1939)

подхода.

Первый – уровень целевого объекта испытаний (человек, животное, растение, биогеоценоз), на который направлено действие искомого ксенобиотика, исходя из целей поиска (лекарство, ветеринарное средство, гербицид и т. д.),

Второй – совокупность тест-объектов, базирующихся на использовании более примитивной организации живой материи, чем целевой. Использование второго подхода оправдано в тех случаях, когда первый не обеспечивает достаточной производительности и т. д.

организмах, в частности на животных. К ним относятся следующие:
∙ необходимость большого количества животных в качестве тест-объектов;
∙ затрата большого количества исследуемого химического соединения. Как правило, на первых порах синтезируются десятки–сотни миллиграмм вещества;
∙ ограниченность автоматизации процесса;
∙ единичный акт испытания химического соединения на животных мало управляем во времени и требует достаточно длительного срока.

Таким образом, работая с небольшими массивами химических соединений и определяя немного видов активности, для достижения любой из названных выше целей можно использовать животных как основной тест-объект. Однако при индустриальных масштабах испытаний возникает необходимость обратиться к исследованиям на тканевом, клеточном, молекулярном уровнях строения живого.

объекта в отношении определенного биологического свойства ксенобиотика.
Принцип эпиморфизма – принцип конструктора: из небольшого количества деталей построить как можно большее количество фигур.
Аналогично для построения системы испытаний использовать принцип биологического эпиморфиза – используя как можно меньшее количество тест-объектов определить большее количество биологических активностей.

отношению к целостному организму. Для этого в системе используются тест-объекты на клеточном уровне организации, представляющие все царства живого и основные типы тканей организма человека, у которых в совокупности определяются все основные реакции (гибель, повреждение, адаптация, проницаемость, метаболизм ксенобиотиков, синтез белка и ДНК, возбудимость и т. д.). Регистрируемые биологические реакции называются тест-реакциями.

тест-объектов.

Отбор тест-объектов предлагается проводить по следующим критериям:

по молекулярным рецепторам, являющимся мишенями для веществ с данными видами активности;

принципу надмолекулярной организации и молекулярному составу (близость по структуре);

функциональному сходству; органному или тканевому происхождению;

близости патологического состояния тест-объекта и реального объекта.

прудовика как модели нейронов головного мозга в отношении медиаторных и антимедиаторных видов биологической активности. Высокая гомология или даже тождество рецепторов для медиаторов у моллюсков и позвоночных служит основанием для надежности прогноза этих активностей на целевой тест-объект.

Второй (близость по структуре) и третий (близость по функции) критерии используются при выборе моделей для оценки влияния на подвижность (сперматозоиды, тетрахимена), дыхание и гликолиз (печень, эритроциты, клетки опухолей), фотосинтез (водоросль Nitella), химический гомеостаз (печень – монооксигеназная система).

Общность таких процессов, как жгутиковая подвижность, окислительное фосфорилирование и гликолиз, фотосинтез, монооксигеназная система, дают известную уверенность в том, что полученные на определенных тест-объектах данные можно переносить на подобные системы других видов тканей. Однако при этом следует иметь в виду, что высокая гомология надмолекулярной структуры или функции молекулярной системы не означает одинаковости молекулярного строения элементов, слагающих систему.

образом.
1. Классификация по видам биологической активности на основании химических, физических и физико-химических свойств испытуемых соединений при отсутствии биологического тест-объекта. Учитываются известные и дополнительные экспериментально установленные физико-химических свойств соединений.
2. Классификация по результатам взаимодействия соединений с моделями клетки, организма, биосферы

из двух уровней. Первый уровень – базовый, через него проходят все соединения, которые по результатам этого прохождения направляются к специализированным тестам.
Базовый уровень состоит из трех подуровней. На первом подуровне на основании известных сведений о структуре и свойствах производится первичный анализ принадлежности соединения к уже известным классам биологической активности.
На втором подуровне классификация дополняется экспериментально определенными дополнительными физико-химическими характеристик веществ.
На третьем подуровне в систему вводятся тест-объекты. Основным тест-объектом здесь является изолированная клетка. На этом подуровне регистрируется способность чужеродных химический соединений влиять на основные свойства живой клетки, рост, дыхание, энергетика, биосинтез, способность к генетическим изменениям и т. д.

режиме нахождения полезных или вредных для человеческого организма биологических активностей испытуемых химических соединений.

Вся совокупность операций по классификации ксенобиотиков выглядит следующим образом:
∙ классификация химических соединений по видам биологической активности на основании теоретически и экспериментально полученных физико-химических свойств испытанных химических соединений;
∙ классификация по результатам взаимодействия чужеродных соединений с моделями клетки, организма, биосферы.

оценку их безопасности, в общем виде представлена на рисунке.

активностью) вещества

соединений. Затем проводится классификация по степени сходства его реакций на вновь тестируемое химическое соединение и на вещества из обучающей выборки.

В бактериологических пробирках на дистиллированной воде готовили серийные разведения солей испытуемых тяжелых металлов в концентрациях 1: 2,5; 1:5; 1:10; 1:20; 1: 40; 1: 80 и т.д. В другие бактериологические пробирки вносили по 1 мл живых культур инфузорий и затем в каждую из них добавляли такое же количество испытуемых растворов солей токсичных металлов, что снижало действующую концентрацию в два раза. По результатам наблюдений определялась доза (концентрация раствора в серийных разведениях) при которой в используемой культуре простейших наблюдалась :
быстрая гибель ( в течение нескольких секунд) [++++];
снижение двигательной активности, разрушение и гибель клеток наступала через несколько минут [+++];
разрушение и гибель клеток происходило через 1,5 - 2 часа [++];
двигательная активность практически не менялась, обнаруживалась гибель незначительного (1–10%) количества тест-объектов [+];
отсутствие каких - либо изменений [о].

как раз и имеют четко выраженные молекулярные мишени-рецепторы (первый критерий), реагирующие на определенные химические соединения, т. е. на определенные виды биологической активности.

на субклеточном и тканевом уровнях в автоматизированном режиме. В этом случае система включает три подсистемы: информационную, экспериментальную и управляющую.
Информационная подсистема производит автоматизированный сбор, обработку полученных теоретических и экспериментальных данных и формирует итоговый документ («паспорт») о биологической активности испытуемого ксенобиотика.
Управляющая подсистема в соответствии с целями и задачами производит последовательное переключение на соответствующую тест-систему, осуществляет смену и дозировку экспериментальных растворов, поддерживает заданный (временной) режим испытаний и т. д.
Непосредственное выявление биологической активности ксенобиотика осуществляется в экспериментальной подсистеме, включающей многоуровневый подбор тест-объектов, позволяющих провести оценку токсических, мутагенных, канцерогенных и других эффектов.