Биоразведка - Bioprospecting

Не путать с биомайнингом .
В ходе биоразведки было обнаружено множество важных лекарств, в том числе лекарство от диабета метформин (полученный из натурального продукта, содержащегося в Galega officinalis ).
Интеллектуальная собственность
похожие темы
Высшие категории:
Имущество и имущественное право

Биоразведка (также известная как разведка биоразнообразия ) - это исследование природных источников малых молекул , макромолекул, а также биохимической и генетической информации, которая может быть превращена в коммерчески ценные продукты для сельского хозяйства , аквакультуры , биоремедиации , косметики , нанотехнологий или фармацевтической промышленности. 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, были либо натуральными продуктами, либо соединениями, полученными из натуральных продуктов.

Наземные растения , грибы и актинобактерии были в центре внимания многих прошлых программ биоразведки, но растет интерес к менее изученным экосистемам (например, морям и океанам) и организмам (например, миксобактериям , архей ) как средствам выявления новых соединений с новой биологической активностью . Виды могут подвергаться случайному скринингу на предмет биологической активности или рационально отбираться и проверяться на основе экологической , этнобиологической , этномедицинской , исторической или геномной информации.

Когда биологические ресурсы региона или местные знания неэтично присваиваются или используются в коммерческих целях без предоставления справедливой компенсации, это называется биопиратством . Были заключены различные международные договоры, чтобы предоставить странам средства правовой защиты в случае биопиратства и предоставить коммерческим субъектам правовую определенность для инвестиций. К ним относятся Конвенция ООН о биологическом разнообразии и Нагойский протокол .

Другие риски, связанные с биоразведкой, включают чрезмерный вылов отдельных видов и нанесение ущерба окружающей среде, но для борьбы с ними также было разработано законодательство. 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 ООН об Антарктике .

Ресурсы и продукты биоразведки

сельское хозяйство

Биопестициды на основе аннонина , используемые для защиты сельскохозяйственных культур от жуков и других вредителей, были разработаны из растения Annona squamosa .

Ресурсы и продукты биоразведки , используемые в сельском хозяйстве, включают биоудобрения , биопестициды и ветеринарные антибиотики . Rhizobium - это род почвенных бактерий, используемых в качестве биоудобрений, Bacillus thuringiensis (также называемый Bt) и аннонины (полученные из семян растения Annona squamosa ) являются примерами биопестицидов, а валнемулин и тиамулин (обнаружены и разработаны из базидиомицетов грибов Omphalina mutila. и Clitopilus Passeckerianus ) являются примерами ветеринарных антибиотиков.

Биоремедиация

Примеры биоразведке продуктов , используемых в биоремедиации включают Coriolopsis Галлика - и PHANEROCHAETE Chrysosporium -derived лакказы ферменты, используемые для лечения пивзавода сточных вод и для дехлорирования и обесцвечивать бумажного комбината сточные воды .

Косметика и средства личной гигиены

Косметика и средства личной гигиены , полученные из биоразведкой включают Porphyridium cruentum -derived олигосахарид и oligoelement смеси , используемые для лечения эритема ( розацеа , промывка и темных кругов ), Xanthobacter autotrophicus -derived зеаксантин используется для увлажнения кожи и УФ - защиты, Clostridium histolyticum -derived коллагеназы используется для кожи регенерации и Microsporum -derived keratinases , используемый для удаления волос .

Нанотехнологии и биосенсоры

Поскольку микробные лакказы имеют широкий диапазон субстратов , их можно использовать в биосенсорных технологиях для обнаружения широкого спектра органических соединений . Например, содержащие лакказу электроды используются для обнаружения полифенольных соединений в вине , а также лигнинов и фенолов в сточных водах .

Фармацевтические препараты

Туберкулеза препарат стрептомицин был обнаружен из актиномицетов Streptomyces пзеиза .

Многие из антибактериальных препаратов в текущем клиническом применении были обнаружены через биоразведку включая аминогликозиды , тетрациклины , амфениколы , полимиксины , цефалоспорин и другие β-лактамные антибиотики , макролиды , плевромутилин , гликопептиды , рифамицины , линкозамиды , стрептограмины и фосфоновые кислоты , антибиотики. Например, аминогликозидный антибиотик стрептомицин был обнаружен 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 грибов базидиомицетов Omphalina mutilina. и Clitopilus pasckerianus .

Другие примеры противоинфекционных препаратов, полученных из биоразведки, включают противогрибковый препарат гризеофульвин (обнаруженный из почвенного гриба Penicillium griseofulvum ), противогрибковый и антилейшманиальный препарат амфотерицин B (обнаруженный из почвенной бактерии Streptomyces nodosus ), противомалярийный препарат артемизинин (обнаруженный из почвенной бактерии Streptomyces nodosus ). растение Artemisia annua ) и противоглистный препарат ивермектин (полученный из почвенной бактерии Streptomyces avermitilis ).

Фармацевтические препараты на основе биоразведки были разработаны также для лечения неинфекционных заболеваний и состояний. К ним относятся противоопухолевый препарат блеомицин (полученный из почвы бактерия Streptomyces verticillus ), то иммунодепрессантов препарат циклоспорина , используемые для лечения аутоиммунных заболеваний , таких как ревматоидный артрит и псориаз (полученный из почвы Гриба Tolypocladium inflatum ), противовоспалительное наркотиков колхицин , используемый для лечения и предотвращение приступов подагры (получено из растения Colchicum autumnale ), обезболивающее лекарство зиконотид (полученное из конусной улитки Conus magus ) и ингибитор ацетилхолинэстеразы галантамин, используемый для лечения болезни Альцгеймера (полученный из растений рода Galanthus ).

Биоразведка как стратегия открытия

Биоразведка имеет как сильные, так и слабые стороны как стратегия открытия новых генов, молекул и организмов, подходящих для разработки и коммерциализации.

Сильные стороны

Галихондрин B , пример структурно сложного и важного с медицинской точки зрения природного продукта.

Небольшие молекулы, полученные в результате биоразведки (также известные как натуральные продукты ), имеют более сложную структуру, чем синтетические химические вещества, и поэтому обладают большей специфичностью в отношении биологических целей . Это большое преимущество в открытии и разработке лекарств , особенно в фармакологических аспектах открытия и разработки лекарств, где нецелевые эффекты могут вызывать побочные реакции на лекарства .

Натуральные продукты также более подвержены мембранному переносу, чем синтетические соединения. Это полезно при разработке антибактериальных препаратов, которым может потребоваться пересечь как внешнюю мембрану, так и плазматическую мембрану, чтобы достичь своей цели.

Чтобы некоторые биотехнологические инновации работали, важно иметь ферменты, которые работают при необычно высоких или низких температурах. Хорошим примером этого является полимеразная цепная реакция (ПЦР) , которая зависит от ДНК-полимеразы, которая может работать при 60 ° C и выше. В других ситуациях, например при дефосфорилировании , может быть желательно проводить реакцию при низкой температуре. Биоразведка экстремофилов является важным источником таких ферментов, в результате чего получаются термостабильные ферменты, такие как полимераза Taq (из Thermus aquaticus ), и адаптированные к холоду ферменты, такие как щелочная фосфатаза креветок (из Pandalus borealis ).

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 , выплата роялти ).

Для полезных молекул, идентифицированных с помощью микробной биоразведки, масштабирование производства возможно при разумных затратах, поскольку продуцирующий микроорганизм можно культивировать в биореакторе .

Недостатки

Zingiber officinale , пример лекарственного растения, используемого в нескольких культурах.

Хотя известно, что в природе существуют некоторые потенциально очень полезные микроорганизмы (например, микробы, метаболизирующие лигноцеллюлозу ), возникли трудности при их культивировании в лабораторных условиях. Эта проблема может быть решена путем генетических манипуляций с более простыми для культивирования организмами, такими как Escherichia coli или Streptomyces coelicolor, для экспрессии кластера генов, ответственного за желаемую активность.

Выделение и идентификация соединений, ответственных за активность биологического экстракта, может быть затруднительным. Кроме того, последующее выяснение механизма действия изолированного соединения может занять много времени. Технологические достижения в жидкостной хроматографии , масс-спектрометрии и других методах помогают преодолеть эти проблемы.

Осуществление и обеспечение соблюдения договоров и законодательства, касающихся биоразведки, не всегда легко. Разработка лекарств по своей сути является дорогостоящим и трудоемким процессом с низкими показателями успешности, и это затрудняет количественную оценку стоимости потенциальных продуктов при составлении соглашений о биоразведке. Присуждение прав интеллектуальной собственности также может быть затруднено. Например, юридические права на лекарственное растение могут быть оспорены, если оно было обнаружено разными людьми в разных частях мира в разное время.

Хотя структурная сложность натуральных продуктов, как правило, благоприятствует открытию лекарств, она может затруднить последующее производство кандидатов в лекарственные средства. Эта проблема иногда решается путем определения части структуры природного продукта, ответственной за активность, и разработки упрощенного синтетического аналога. Это было необходимо с натуральным продуктом галихондрином B, его упрощенным аналогом эрибулином, который сейчас одобрен и продается как противораковое лекарство .

Подводные камни биоразведки

Ошибки и упущения могут происходить на разных этапах процесса биоразведки, включая сбор исходного материала, скрининг исходного материала на биологическую активность , тестирование изолированных соединений на токсичность и определение механизма действия .

Сборник исходных материалов

Депонирование ваучера позволяет повторно оценить видовую принадлежность, если возникнут проблемы с повторным выделением активного компонента из биологического источника.

Перед сбором биологического материала или традиционных знаний необходимо получить правильные разрешения от страны происхождения , 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, формально идентифицировать биологический материал и сдать ваучерный образец в хранилище для долгосрочного хранения и хранения. Это помогает обеспечить воспроизводимость любых важных открытий.

Тестирование биоактивности и токсичности

При тестировании экстрактов и выделенных соединений на биологическую активность и токсичность желательно использование стандартных протоколов (например, CLSI , ISO , NIH , EURL ECVAM , OECD ), поскольку это улучшает точность и воспроизводимость результатов теста. Кроме того, если исходный материал может содержать известные (ранее обнаруженные) активные соединения (например, стрептомицин в случае актиномицетов), то необходима дерепликация, чтобы как можно раньше исключить эти экстракты и соединения из процесса обнаружения. 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 биоактивности и токсичности), устанавливать ограничения на количество пассажей клеточной линии (например, 10-20 пассажей), чтобы включить все необходимые положительные и отрицательные контроли и знать об ограничениях анализа. Эти шаги помогают обеспечить точность, воспроизводимость и правильную интерпретацию результатов анализа.

Выявление механизма действия

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. В случае Valeriana лекарственный экстракт корня, например, снотворные эффекты этого экстракта обусловлены несколькими соединениями и механизмов , включая взаимодействие с ГАМК - рецепторов и релаксации из гладких мышц . Механизм действия изолированного соединения также может быть неверно идентифицирован, если используется единичный анализ, потому что некоторые соединения мешают анализу . Например, анализ поглощения сульфгидрила, используемый для обнаружения ингибирования гистонацетилтрансферазы, может дать ложноположительный результат, если тестируемое соединение ковалентно реагирует с цистеинами.

Биопиратство

Термин «биопиратство» был придуман Пэтом Муни для описания практики, в которой знания коренных народов о природе, происходящие от коренных народов , используются другими для получения прибыли, без разрешения или компенсации самим коренным народам. Например, когда биоразведчики используют местные знания о лекарственных растениях, которые позже запатентованы медицинскими компаниями, не осознавая тот факт, что эти знания не являются новыми или изобретенными патентообладателем, это лишает коренное население их потенциальных прав на коммерческий продукт, полученный из технология, которую они сами разработали. Критики этой практики, такие как Гринпис , утверждают , что такая практика способствует неравенству между развивающимися странами, богатыми биоразнообразием , и развитыми странами, принимающими биотехнологические фирмы.

В 1990-х годах многие крупные фармацевтические компании и компании, занимающиеся разработкой новых лекарств, ответили на обвинения в биопиратстве, прекратив работу над натуральными продуктами и обратившись к комбинаторной химии для разработки новых соединений.

Известные случаи биопиратства

Белый розовый барвинок

Розовый барвинок

В радужных барвинок случай датируется 1950 - х годов. Розовый барвинок, родом из Мадагаскара , был широко завезен в другие тропические страны по всему миру задолго до открытия винкристина . Сообщается, что в разных странах сложились разные представления о лечебных свойствах растения. Это означало, что исследователи могли получать местные знания из одной страны и образцы растений из другой. Первоначальным стимулом для исследований послужило использование растения при диабете . Вместо этого была обнаружена эффективность лечения как болезни Ходжкина, так и лейкемии . В лимфоме Ходжкина химиотерапевтические лекарственное средство винбластины выводимы из розового барвинка.

Противоречие майя ICBG

Основная статья: Майя ICBG споры о биоразведке

Биоразведка споры Майя ICBG имели место в 1999-2000 годах, когда Международная группа Cooperative Биоразнообразие во главе с ethnobiologist Брент Берлин был обвинен в участии в неэтичных форм биоразведки несколькими НПО и организаций коренных народов. ICBG стремилась задокументировать биоразнообразие Чьяпаса , Мексика и этноботанические знания коренных народов майя , чтобы выяснить, есть ли возможности разработки медицинских продуктов на основе каких-либо растений, используемых коренными группами.

Дело Maya ICBG было одним из первых, кто привлек внимание к проблемам различения доброкачественных форм биоразведки и неэтичного биопиратства, а также к трудностям обеспечения участия сообщества и предварительного обоснованного согласия потенциальных биоразведчиков.

Дерево нима

Дерево нима

В 1994 году Министерство сельского хозяйства США и компания WR Grace and Company получили европейский патент на методы борьбы с грибковыми инфекциями растений с использованием композиции, включающей экстракты дерева нима ( Azadirachta indica ), которое растет по всей Индии и Непалу . В 2000 году против патента успешно выступили несколько групп из ЕС и Индии, в том числе Партия зеленых ЕС, Вандана Шива и Международная федерация движений за органическое сельское хозяйство (IFOAM) на том основании, что фунгицидная активность экстракта нима давно была известна в Индийская традиционная медицина . WR Grace подал апелляцию и проиграл в 2005 году.

Рис басмати

Основная статья: RiceTec § спор о патентах Басмати

В 1997 году американская корпорация RiceTec (дочерняя компания RiceTec AG из Лихтенштейна) попыталась запатентовать определенные гибриды риса басмати и полукарликово-длиннозерного риса. Правительство Индии оспорило этот патент, и в 2002 году пятнадцать из двадцати пунктов патента были признаны недействительными.

Бобы энола

Бобы энола

Фасоль Энола - это разновидность мексиканской желтой фасоли , названная так в честь жены человека, запатентовавшего ее в 1999 году. Предположительно отличительной чертой этой разновидности являются семена определенного оттенка желтого. Патентообладатель впоследствии подал в суд на большое количество импортеров мексиканских желтых бобов со следующим результатом: «... экспортные продажи сразу упали более чем на 90% среди импортеров, которые продавали эти бобы в течение многих лет, что нанесло экономический ущерб более чем 22 000 фермерам. в северной Мексике, которая зависела от продаж этого боба ". От имени фермеров был подан иск, и в 2005 году PTO США вынесла решение в пользу фермеров. В 2008 году патент был аннулирован.

Hoodia gordonii

Сочная худия гордони

Hoodia gordonii , суккулентное растение , происходит из пустыни Калахари в Южной Африке . На протяжении поколений он был известен традиционным людям 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 Hoodia . Первоначально народ сан не планировал получать какие-либо выгоды от коммерциализации своих традиционных знаний, но в 2003 году Южноафриканский совет сан заключил соглашение с CSIR, по которому они будут получать от 6 до 8% дохода от продажи Hoodia. продукты.

В 2008 году, вложив 20 миллионов евро в исследования и разработки Hoodia в качестве потенциального ингредиента пищевых добавок для похудания, Unilever прекратила проект, поскольку их клинические исследования не показали, что Hoodia была достаточно безопасной и эффективной для вывода на рынок.

Дальнейшие дела

Ниже приведены некоторые из недавних случаев биопиратства. Большинство из них не относятся к народной медицине.

Правовые и политические аспекты

Патентный закон

Дополнительная информация: Общественные взгляды на патенты

Распространенное заблуждение состоит в том, что фармацевтические компании патентуют растения, которые они собирают. Хотя получение патента на природный организм, который ранее был известен или использовался, невозможно, патенты могут быть получены на конкретные химические вещества, выделенные или разработанные из растений. Часто эти патенты получены с заявленным и исследованным использованием этих химикатов. Как правило, существование, структура и синтез этих соединений не являются частью местных медицинских знаний, которые в первую очередь побудили исследователей проанализировать это растение. В результате, даже если местные медицинские знания принимаются в качестве известного уровня 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 быть использовано для защиты «выделено и очищено» соединение - даже, в одном случае, новый химический элемент (см USP 3,156,523). В 1873 году Луи Пастер запатентовал «дрожжи», которые были «свободны от болезней» (патент № 141072). Аналогичным образом рассматриваются патенты на биологические изобретения. В 1980 случае Алмазного v. Чакрабарти , то Верховный суд оставил в силе патент на бактерии , которые были генетически модифицированы для потребления нефти, рассуждая , что закон США разрешает патенты на «что - нибудь под солнцем , что сделано человеком.» Управление по патентам и товарным знакам США (USPTO) отметило, что «патент на ген распространяется на изолированный и очищенный ген, но не распространяется на ген, как это происходит в природе».

В соответствии с законодательством США также возможно получение патента на сорт , новую разновидность существующего организма. Патент на бобы Enola (теперь аннулированный) был примером такого патента. В интеллектуальной собственности законы США также признают права селекционеров по Закону охраны сортов растений , 7 USC §§ 2321-2582.

Конвенция о биологическом разнообразии (CBD)

  Стороны КБР
  Подписано, но не ратифицировано
  Не подписавший
Основная статья: Конвенция о биологическом разнообразии

КБР вступила в силу в 1993 году. Она обеспечила права на контроль доступа к генетическим ресурсам для стран, в которых эти ресурсы расположены. Одна из целей КБР - дать возможность менее развитым странам более эффективно использовать свои ресурсы и традиционные знания. Согласно правилам КБР, биоразведчики должны получать информированное согласие на доступ к таким ресурсам и должны делиться любыми выгодами со страной, богатой биоразнообразием. Однако некоторые критики считают, что CBD не смогла установить соответствующие правила для предотвращения биопиратства. Другие утверждают, что основная проблема заключается в неспособности национальных правительств принять соответствующие законы, реализующие положения КБР. Nagoya протокол к Конвенции о биологическом разнообразии, который вступил в силу в 2014 году, предусматривает дополнительные правила. КБР ратифицировали, присоединились или приняли 196 стран и юрисдикций по всему миру, за исключением Святейшего Престола и Соединенных Штатов .

Контракты на биоразведку

Требования к биоразведке, установленные CBD, создали новую отрасль международного патентного и торгового права - контракты на биоразведку. Контракты на биоразведку устанавливают правила распределения выгод между исследователями и странами и могут приносить 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 проводятся консультации или компенсация, поскольку было бы трудно обеспечить участие каждого человека. Из-за этого некоторые предложили, чтобы коренные или другие общины сформировали тип представительного микро-правительства, которое будет вести переговоры с исследователями для заключения контрактов таким образом, чтобы община извлекала выгоду из договоренностей. Неэтичные контракты на биоразведку (в отличие от этических) можно рассматривать как новую форму биопиратства.

Примером контракта на биоразведку является соглашение между Merck и INBio в Коста-Рике .

База данных традиционных знаний

В связи с предыдущими случаями биопиратства и для предотвращения новых 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 . 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 использования иностранными компаниями. Также в коллекции хранятся сотни поз йоги . 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 Ведомство по патентам и товарным знакам США для защиты традиционных знаний от биопиратства, поскольку это позволяет патентным экспертам в Международном Патентные ведомства для доступа к базам данных TKDL для целей патентного поиска и экспертизы.

Смотрите также

использованная литература

Библиография и ресурсы

внешние ссылки