Без йода и вина: химерный белок защитит от высоких доз радиации
Ученые НИЦ «Курчатовский институт» изучили структуру нового белка, обладающего мощными радиопротекторными свойствами. Это гибридная молекула, которая объединяет в себе два антиоксиданта натурального происхождения — человеческий и бактериальный. Исследование поможет создать уникальный препарат для борьбы со свободными радикалами разного типа. Специалисты полагают, лекарство будет применяться для лечения радиационных поражений, резаных и ожоговых ран, а также при трансплантации органов. Интересно, что, по данным доклинических исследований, новый белок может защитить животных даже от летальных доз радиации.
Смесь белков
Ученые НИЦ «Курчатовский институт» в составе исследовательской группы провели комплексный анализ нового белка, обладающего мощными радиопротекторными свойствами. В рамках научного сотрудничества был проделан путь от конструирования гибридных молекул, изучения их структуры и свойств до испытаний на животных, доказавших высокую эффективность нового антиоксиданта для защиты от радиации и свободных радикалов.
Гибридный белок PSH (peroxiredoxin — superoxide dismutase hybrid, т.е. гибрид пероксиредоксина и супероксиддисмутазы) объединяет в себе два антиоксиданта натурального происхождения — человеческий пероксиредоксин (семейство ферментов, которые входят в состав антиоксидантной системы защиты клеток от окислительного стресса; они способствуют снижению концентрации активных форм кислорода путем их деактивации) и супероксиддисмутазу (фермент, который участвует в деактивации кислородных радикалов; он есть как у млекопитающих, так и у микроорганизмов), полученную из бактерий. Новый белок был сконструирован с помощью генно-инженерных технологий в Пущинском институте биофизики клетки.
Как рассказал «Известиям» сотрудник отдела структурной биологии Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Петр Конарев, эта молекула является мощным средством для борьбы со свободными радикалами разного типа, возникающими при окислительном стрессе — процессе, который приводит к структурным повреждениям и гибели клеток.
Свободные радикалы — это частицы (атомы, молекулы или ионы), содержащие один или несколько неспаренных электронов на внешней электронной оболочке. Поскольку у них есть свободное место для электрона, они всегда стремятся отнять его у других молекул. Этим объясняется их высокая реакционная способность.
Увидеть структуру
В перспективе PSH может применяться для лечения радиационных поражений, резаных и ожоговых ран, а также при трансплантации органов.
— Поскольку белок PSH является потенциальным фармакологическим средством, важно было определить его структуру в естественных физиологических условиях. Осуществить такое исследование удалось на станции БиоМУР Курчатовского специализированного источника синхротронного излучения, предназначенной для работы с биологическими объектами, — сообщил Петр Конарев.
Ученый пояснил, что полученные данные позволили уточнить взаимное расположение активных центров индивидуальных белков, входящих в состав PSH.
— Мы удостоверились, что активные центры, с одной стороны, не мешают работе друг друга, а с другой — находятся в одной связке, что позволяет им эффективно воздействовать на вредоносные молекулы, — рассказала «Известиям» начальник отдела структурной биологии Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Валерия Самыгина.
Она отметила, что по сравнению с другими известными ферментами-антиоксидантами спектр действия PSH шире.
— Теперь, зная структуру, мы можем предложить биологам варианты ее модификации для еще большего усиления радиопротекторных свойств, — добавила Валерия Самыгина.
Радикальная защита
По данным доклинических исследований, новый белок PSH может защитить животных даже от летальных доз радиации, в отличие от большинства радиопротекторов химической природы, обладающих значительно меньшей эффективностью и большей токсичностью. Как поясняют разработчики, полностью переносить этот эффект на людей всё же нельзя, однако уже можно сказать, что химерный антиоксидант будет эффективной защитой от высоких доз радиации.
В рамках дальнейшего научного сотрудничества на основе полученной структуры ученые планируют создать новые, более совершенные версии белка PSH. Они могут не только стать потенциальными лекарственными средствами защиты от радиации, но и использоваться при лечении легочных и сердечно-сосудистых заболеваний.
Необходимо понимать, что организм человека сам производит свободные радикалы для запуска механизма самоликвидации в раковых клетках, для борьбы с патогенными микроорганизмами, очищения кровеносных сосудов и ряда других процессов, сказал «Известиям» доцент кафедры ядерной медицины Инженерно-физического института биомедицины (ИФИБ) НИЯУ МИФИ (вуз — участник проекта «5-100»), начальник Центра биотехнологий НИЯУ МИФИ Дмитрий Сосин. Это значит, что человеческое тело знает, как регулировать уровень свободных радикалов самостоятельно. Тем не менее в ситуациях, когда происходит экспоненциальный рост этих веществ в клетках (например, в случае с ионизирующим облучением), собственных ресурсов может не хватить.
— Большинство низкомолекулярных соединений с антиоксидантной функцией слишком быстро выводятся из организма или вступают в реакцию с нецелевыми молекулами, — рассказал ученый. — Препарат, разработанный коллегами из Курчатовского института, по всей видимости, может оставаться в организме млекопитающих достаточно долгое время и использует для борьбы с активными формами кислорода те же естественные ферменты.
Разработка ученых Курчатовского института представляет интерес как перспективное лекарственное средство с выраженными биопротекторными свойствами, рассказал профессор исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета (ТПУ) Константин Бразовский.
— Универсальность механизма защитной активности, реализующегося посредством взаимодействия нового соединения со свободными радикалами, позволяет надеяться на широкий спектр фармакологических применений. Новый белок PSH может быть использован не только как самостоятельное лекарственное средство, но и входить в состав мультикомпонентных фармацевтических препаратов для уменьшения побочных эффектов соединений, способствующих развитию окислительного стресса и образованию свободных радикалов, — подчеркнул эксперт.
Помимо ученых НИЦ «Курчатовский институт» в работе приняли участие специалисты Пущинского института биофизики клетки, Института общей физики РАН и Московского областного научно-исследовательского института. Результаты данного исследования опубликованы в Biochemical Engineering Journal.
