«Наука в Сибири» КОЛЬЦОВСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯУченые ГНЦ ВБ «Вектор» предлагают технологию получения искусственных белков с заданными свойствами, позволяющую создавать перспективные лекарственные препараты. Об этом рассказывает Сергей Татьков заведующий лабораторией «Вектора», лауреат премии наукограда им. Л. С. Сандахчиева. Алексей Андреев,
«Улучшаем» белки
Технология, которую мы используем, основана на применении направленного мутагенеза. Что это такое? Если взять ген, кодирующий белковую молекулу, и воздействовать на разные его участки, то можно вызвать в них мутации. Заранее не известно, какими будут эти мутации, но можно точно указать, в каком районе они произойдут. Таким образом можно получить набор различных мутантных вариантов одного гена, так называемую библиотеку мутантогенов. Затем с помощью статистического анализа этих мутантогенов и кодируемых ими белков можно определить в белковой молекуле функционально важные районы, то есть те кластеры аминокислотных остатков, которые и обеспечивают ее активность, например, каталитическую активность у ферментов. Нам удалось это провести на некоторых важных биологически активных молекулах, таких как интерферон. Напомню, что это активный противовирусный агент, который образуется в организме в ответ на вирусную инфекцию. Итак, мы определили функционально важные фрагменты в белке. Что будет, если провести мутации в оставшихся, нефункциональных районах? К чему это может привести? Для справки накопленные данные показывают, что можно заменить до трех четвертей белковой молекулы, и при этом сохранится ее функциональная активность. Другими словами, у белковой молекулы есть значительный ресурс по изменчивости и, меняя состав аминокислот или их расположение, можно получить молекулу белка, которая сохранит все функции исходной молекулы, но приобретет какие-то новые свойства. В этом и есть суть направленного мутагенеза. Эту технологию можно использовать для решения различных прикладных задач. Например, для повышения устойчивости ферментов, чтобы они дольше сохранялись в растворах и противодействовали агентам, которые их пытаются расщепить или нейтрализовать задача актуальная для производства многих лекарственных препаратов. Мы предложили следующий нехитрый прием: в нефункциональные районы вводим мутации, чтобы заменить те аминокислотные кластеры, по которым разрушается молекула. Заменяя эти участки, мы уменьшаем вероятность разрушения молекулы по этим сайтам. При этом свойства молекулы сохраняются, а ее стабильность резко возрастает. Этот эффект был проверен на самых разных белках: гамма-интерфероне, факторе некроза опухоли и других. Самое главное это очень простая, доступная технология, которую могут освоить обычные лаборатории. Технология оказывается полезной и в промышленном производстве белков. Решая эту задачу, исследователи пытаются найти штамм, который обеспечивал бы максимальный уровень продукции белка. К сожалению, если клетку заставить синтезировать много рекомбинантного белка, например, около 20 % от всего суммарного белка клетки, то она будет пытаться защититься от него, и с этой целью будет упаковывать его в так называемые тельца-включения в виде кристаллов. Оказалось, что, заменяя нефункциональные участки молекулы, можно предупредить с очень высокой вероятностью образование таких телец-включений. На примере гамма-интерферона были получены такие варианты, которые синтезируются в растворимой форме в клетке в количестве 20-40 % от суммарного клеточного белка. Это серьезное достижение, поскольку позволяет снизить стоимость производства белка. Таким образом, весь комплекс, включающий метод статистического мутагенеза, расшифровку структурно-функциональной организации белковой молекулы и идеологию проведения направленного мутагенеза по нефункциональным районам, позволяет нам получать перспективные в прикладном смысле белковые молекулы. На основе этой технологии ведется создание новых лекарственных препаратов. Эту часть работы выполняет Институт медицинской биотехнологии под руководством профессора В. И. Масычевой в Бердске.
От искусственных белков |