№ 4 (1623) от 4 февраля 2021 года
Главная тема
Как lego, только круче
Зачем ученые собирают бактериофаги?
Евгения Колосова биологию в школе не любила: кому интересны «всякие там цветочки?». А вот законы Менделя и вообще все, что связано с генетикой, – другое дело! Так Евгения, выучившись на химика, занялась генной инженерией. Работает она на два фронта: в Российско-американском противораковом центре (АГУ) и в научном центре вирусологии и биотехнологии «Вектор». Ее конек – аффинная селекция: подбор наиболее эффективных пар антиген – антитело.

На вопрос, что такое аффинность, Евгения отвечает по-научному: «Термодинамическая характеристика, количественно описывающая силу взаимодействия антигена и антитела. Применительно к искусственным иммунным системам аффинность – это характеристика, оценивающая степень близости (схожести) генетических наборов антигена и антитела».

А на вопрос, зачем это изучать, – уже по-простому: «Все мы хотим жить, и я – в том числе. То, чем мы занимаемся, помогает диагностировать рак на ранней стадии. А ранняя диагностика, как известно, снижает смертность». На онкологические заболевания, как и на любые другие, Евгения смотрит с позиций эволюционизма, мол, сама природа так распорядилась, чтобы организмы непрерывно менялись, и болезни – лишь одна из составляющих этого сложного процесса.
– Возьмем антитела. Что мы знаем о них? Что они вырабатываются против иммуногенов (патогенов). Тогда как образуются антитела к иммуногенам и как взаимодействуют с ними? Вот на этот вопрос мы и отвечаем ежедневно в лаборатории РАПРЦ, имитируя поверхность патогена и наблюдая, как с ней взаимодействуют антитела. Одна из таких имитаций – пептидные чипы, которыми вплотную занимается мой коллега Степан Подлесных. Меня же больше интересует другой подход – аффинная селекция, она же биопеннинг. В чем суть? Смешивают антитела и фаговую библиотеку, и после отмывания остаются фаги, специфично связывающие антитела, которые затем элюируют, размножают и используют в последующих раундах селекции. Индивидуальные клоны анализируют на связывание, ДНК секвенируют и определяют аминокислотные последовательности специфичных пептидов. Словом, я устраиваю молекулярный отбор в пробирке, – объяснят Евгения.
За фаговый дисплей ученые Джордж Смит и Грегори Винтер в 2018 году получили Нобелевскую премию. Как сообщает журнал «Наука и жизнь», эта история берет начало в первой половине 80-х годов. «В то время о белках знали больше, чем о генах; на руках у исследователей было много известных белковых молекул, но никто не знал, в каком месте генома они закодированы. Джордж Смит предложил использовать для поиска генов бактериальных вирусов, или бактериофагов (или просто фагов). Фаги, как и любые другие вирусы, проникают в клетку и заставляют ее копировать собственный фаговый геном и синтезировать фаговые белки. Идея Смита состояла в том, чтобы в ДНК вируса вставить неизвестную ДНК (на тот момент на руках у исследователей были целые библиотеки ДНК из разных геномов, только никто не знал, что в них закодировано)».
– Чужеродный известный пептид или белок кодируют рядом с фаговым белком, чаще всего с тем, что образует белковую оболочку вируса (капсид). И когда вирусная частица соберется, в оболочке вируса будет торчать и чужой пептид. Так мы получаем целый набор вирусных частиц (фаговую библиотеку), на поверхности которых будет сидеть множество различных пептидов. Но как мы поймаем вирусные частицы, в которые попала ДНК именно с нашим известным белком? Очевидно, с помощью антител, за них мы вытащим из фагового супа те частицы, которые специфично взаимодействуют, затем прочитаем геном фага с той вставкой, которую мы сами в него вставили – и узнаем нужный ген, – рассказывает Евгения.
Все это говорит о том, что бактериофаги способны нести на себе чужеродные аминокислотные последовательности, причем не только коротенькие пептиды, но и – большие антитела. За счет этого они могут точечно уничтожать болезнетворные бактерии. Фаги используют в гастроэнтерологии, урогинекологии, пульмонологии, в лечении инфекционных заболеваний ЖКТ, в отоларингологии и хирургии. Чтобы заниматься генной инженерией такого уровня, нужны и особые условия организации лаборатории, и много расходных материалов. Евгения говорит, что ей очень повезло оказаться в лаборатории иммунохимии «Вектора» – там есть и то, и другое. РАПРЦ пока еще новая лаборатория, и материальная база не настолько богатая. Поэтому некоторые реактивы для тест-систем ученые получают сами. Их делают из противочеловеческих антител, вводя неблизкородственным животным – курам, козам, мышам – высококонцентрированную суспензию человеческих антител.
– Вы даже не представляете, сколько нужно взять мышей, чтобы получить достаточное количество реактивов! У кроликов крови больше, но каждый раз надрезать и зашивать им уши… Поэтому мы берем курочку, вкалываем ей иммуноген, курочка вырабатывает антитела, антитела попадают в желток, из желтка мы их забираем. И выход больше, и резать никого не надо, – разъясняет Евгения.
Конечно, антитела можно купить и за рубежом, но если раньше доллар был 35 рублей, то сегодня – в два раза больше. И потом, эта закупка, со слов Евгении, относится к стратегическим технологиям, а они уже лет как шесть запрещены к вывозу. Остается надеяться лишь на собственные ресурсы.
– В чем существенный недостаток пептидного чипа? Его цена. Аффинная же селекция менее затратная и трудоемкая. Ты заражаешь одним бактериофагом культуры и через шестнадцать часов получаешь 1013 бактериофагов. Но, увы, в России это пока не развито, в отличие от той же Америки или Польши. Фаготерапия, например, – разводит руками Евгения.
К слову, биопеннинг может решить и одну из обозначенных ВОЗ проблем: антибиотикорезистентность. Пока же Евгения и ее коллеги заняты диагностическим блоком – во-первых, он самый большой. А во-вторых – это то, что реально можно изучить и проверить, наладить эффективную диагностику онкологических заболеваний.
– По сравнению с лечением диагностика – более понятная. Апробация же лекарственных препаратов занимает не год и не два, и хорошо, если ваш продукт действительно помогает. А если нет? – уверяет Евгения.
Ученый вспоминает, что первый год, когда РАПРЦ только-только открылся, было тяжело. То и дело звонили больные раком, предлагали себя в жертву науки: для опытов. А после фильма «Дэдпул» многие, особенно подростки, уверовали, что рак – это благо, им надо болеть.
– Вообще, рак появился не вчера. Им болели всегда, выкапывают мумию и ставят диагноз: ага, онкология. Принцесса Укока, например, страдала раком молочной железы. Болеют им и животные. Благо, современные методы лечения позволяют бороться с этим недугом, – говорит Евгения.
По мнению ученого, все беды – из-за человека. Евгения не понимает, зачем мы, скажем, полезли в болото? «Сидят там лягушки, все в порядке. Так нет, человеку же интересно! Вот и открываем ящик Пандоры, сокращаем дистанцию между природой и человеком. Ведь если люди голодают настолько, что жрут летучих мышей, наверное, стоит задуматься. И не удивляться закономерному ответу природы: вспышкам инфекции, климатическим изменениям и прочему».
На днях Евгения получила стипендию Президента РФ для молодых ученых и аспирантов на 2021–2023 годы. Заявленная ею тема «Анализ динамики сигнатур иммунного ответа у людей после перенесенного COVID-19» получила экспертную оценку, и теперь ученый займется, помимо прочего, созданием рекомбинантных поверхностей белков и анализом сывороток крови переболевших COVID-19.
Аркадий ШАБАЛИН










          Мы Вконтакте


          Мы в Facebook




«За науку!» © 1980-2020
При использовании материалов газеты
ссылка на "За науку!" обязательна
Мнения отдельных авторов не всегда совпадают с точкой зрения редакции.
Редакция оставляет за собой право публиковать такие материалы в порядке обсуждения.
Контактные адреса
656099, Барнаул,
пр-т Ленина 61, ауд. 901.
Телефон: (3852) 29-12-60
E-mail: natapisma7@gmail.com
Internet: http://zn.asu.ru