Цивилизация
Сотрудник Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ имени М.В. Ломоносова вместе с российскими коллегами синтезировал высокоочищенный белок эритропоэтин, который можно использовать для лечения анемии и рака и ускорения заживления переломов костей. Результаты исследований были опубликованы в журнале Biochemistry.
Эритропоэтин — это белок, который вырабатывается в почках и стимулирует образование красных кровяных клеток (эритроцитов) в организме человека. Его широко используют как лекарство: инъекции эритропоэтрина восстанавливают нормальный уровень эритроцитов при различных формах анемии, связанных с почечной недостаточностью, раком и применением химиотерапии. Сейчас этот белок промышленно получают из генетически модифицированных клеток яичников китайского хомячка, в которых он синтезируется в виде смеси с разным содержанием углеводов. На языке учёных это значит, что формы смеси по-разному гликозилированы.
Кроме того, эритропоэтин также обладает другой функцией — восстановлением (репарированием) костных тканей, поэтому учёные планируют использовать этот белок для местного введения в область поражённой костной ткани при переломах. Белок будет находиться в составе импланта из материала-носителя, который удержит эритропоэтин в месте введения.
Российские учёные получили высокоочищенный эритропоэтин методом синтеза в клетках кишечной палочки (бактерии E. coli). Белок был рекомбинантным, то есть состоящим из аминокислотных последовательностей разных природных белков. При таком синтезе в клетках бактерий эритропоэтин получается негликозилированным, поэтому обладает меньшей молекулярной массой по сравнению с гликозилированными формами и быстрее выводится из кровотока.
«Основной проблемой при синтезе в бактериях рекомбинантного человеческого эритропоэтина, которую предстояло решить в работе, было получить его в виде белка с правильно сформированными химическими связями. Белок должен обладать биологической активностью и быть пригодным для использования в регенеративной медицине. С помощью синтеза в бактериальных клетках мы получили высокоочищенный негликозилированный рекомбинантный человеческий эритропоэтин, который обладает специфической биологической активностью», — рассказала Анна Карягина-Жулина, один из авторов статьи, доктор биологических наук, старший научный сотрудник отдела математических методов в биологии Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ имени М.В. Ломоносова.
В ходе работы учёные использовали методы очистки белка с помощью колоночной хроматографии. Для повышения растворимости белка его синтезировали в составе гибридных конструкций с дополнительными белковыми доменами, которые обеспечивают лучшую растворимость всего белка. Исследователи перебрали три варианта дополнительных доменов. Использование одного из них позволило авторам получить растворимую форму белка и очистить его. Для отщепления чистого эритропоэтина гибридный белок исследователи обрабатывали ферментом энтерокиназой. Биологическую активность полученного в бактериях эритропоэтина авторы показали на специальной линии клеток (клетки эритролейкемии), которые начинали усиленно делиться при добавлении эритропоэтина.
Авторы отмечают, что эта работа — часть большого проекта, посвящённого разработке новых имплантируемых материалов с эритропоэтином и человеческим костным морфогенетическим белком-2 (rhBMP-2) для реконструктивной хирургии.
«Предполагается, что введение в область костной травмы рекомбинантного эритропоэтина, полученного в опубликованной работе, позволит добиться ещё большего повышения эффективности разрабатываемых нами имплантируемых материалов. То, что оба рекомбинантных белка: и rhBMP-2, и эритропоэтин — мы получаем бактериальным синтезом, обеспечит существенное удешевление получаемых на их основе материалов по сравнению с зарубежными материалами. Таким образом, перспективой данной работы будет получение новых высокоэффективных имплантируемых материалов для реконструктивной хирургии и доступность имплантируемых материалов нового поколения населению России», — заключила Анна Карягина-Жулина.
Исследование проходило в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом. Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной биотехнологии, Научного центра психического здоровья РАН, Первого московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова, Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН, Государственного научно-исследовательского института генетики и селекции промышленных микроорганизмов и из Министерства здравоохранения РФ.
