Биологи создали "молекулярные протезы" ферментов

Недавно группе американских молекулярных биологов удалось создать искусственные белки, которые после внедрения в клетку начали работать. Причем они были созданы на основе ДНК, выдуманной самими учеными, то есть не имеющей природных аналогов. Видимо, уже не за горами тот день, когда люди смогут сами творить жизнь из неживой материи.

Фото: Фото: AP

Заменять недостающие части тела люди научились уже достаточно давно. Судя по данным археологии, протезы конечностей использовали еще древние греки в I тысячелетии до нашей эры, а самые древние искусственные зубы изготовлялись в Китае примерно в это же время. С годами искусство изготовления протезов совершенствовалось, и в настоящий момент человек в состоянии сконструировать даже искусственный глаз, который может видеть.

Кроме того, в последнее время бурно развивается так называемое "биологическое протезирование". Сюда относится и пересадка органов, и вживление стволовых клеток, и даже некоторые разработки по "генетическому модифицированию больных", суть которого заключается во внедрении в клетки больного "полноценного" гена взамен испорченного ("Правда.Ру" уже писала об этом в статье "Белок из водоросли сделает слепых зрячими"). Правда, необходимые гены берутся из живущих организмов, искусственно синтезировать их до сих пор не удается.

Вообще, до недавнего времени мысль о том, чтобы создать в лаборатории биологическую молекулу, затем внедрить ее в живую клетку и заставить работать, казалась многим молекулярным биологам абсурдной. Традиционно считалось, что подобные молекулярные "протезы" не в состоянии заменить свои аналоги, поскольку создание любого, например, белка регулируется множеством самых разнообразных факторов, действие которых в лабораторных условиях пока воспроизвести невозможно. Однако недавние эксперименты, проведенные специалистами из Принстонского университета, заставили всех усомниться в общепринятой точке зрения.

Группе молекулярных биологов под руководством доктора Майкла Хехта удалось создать искусственные белки, информации о которых не содержится в генах бактерии "кишечная палочка" (Escherichia coli). Эти белки аналогичны некоторым внутриклеточным ферментам, которые отвечают за усвоение сахаров. Ученые сначала создали коллекцию не существующих в природе генов, а после синтезировали на их основе искусственные белки, которых не знает природа.

Читайте также: Раскрыта тайна белка-убийцы

Фото: AP

Далее подобный "молекулярный протез" был внедрен в клетки мутантных штаммов бактерий, у которых гены, отвечающие за синтез вышеупомянутых ферментов, отсутствовали. Без них бактерии были обречены на голодную смерть, и, честно говоря, Хехт и его коллеги были не очень-то уверены, что созданные ими искусственные заменители белков смогут спасти микроорганизмы. Каково же было удивление ученых, когда они обнаружили, что "молекулярные протезы" стали исправно выполнять все функции отсутствующих ферментов! В итоге из всех "генетических инвалидов" выжили лишь те организмы, которых "оснастили" новыми белками, не существующими в природе.

Удивительно еще и то, что до последнего времени белки считались одними из самых консервативных живых молекул. Часто замена хотя бы одной аминокислоты (низкомолекулярные соединения, из которых и строится белок) или малейшее изменение пространственной структуры молекулы приводили к тому, что "неполноценный"белок начисто терял способность выполнять определенную функцию. Однако, как оказалось, подобное правило не является жестким (по крайней мере, в некоторых случаях). Ведь белки, созданные группой Хехта, не были точными копиями клеточных ферментов, хотя их структуры во многом были похожи.

После проведения контрольного эксперимента, при котором мутантным кишечным палочкам, живущим на той же среде, не вводили "молекулярный протез" (в результате чего они все погибли), ученым стало ясно, что именно он и помогает бактериям, лишенным жизненно важных ферментов, избежать смерти. Этот опыт продемонстрировал, что теперь люди в состоянии самостоятельно создавать вещества, которые могут заменять молекулы, изготовленные природой. До сих пор исследователи концентрировались в основном на перекомпоновке уже существующих "деталей" живых организмов. Американские специалисты впервые показали, что биологическими функциями могут управлять и макромолекулы, созданные "дизайнерами" в лабораторных условиях.

Это открытие стало еще одним шагом на пути к созданию искусственной клетки. Напомним, что в начале 2010 года первый пробный микроорганизм подобного рода был создан группой исследователей под руководством знаменитого молекулярного биолога Крейга Вентера. Ученые синтезировали бактериальную ДНК в "пробирке", а после поместили ее в предварительно лишенную генома клетку бактерии Mycoplasma capricolum. В результате синтетическая молекула наследственного вещества полностью взяла под контроль клетку и практически превратила ее в существо нового вида, определяя его свойства. Правда, данное существо до сих пор не научилось выживать в естественных условиях, поэтому существует только в лаборатории Крейга.

Фото: AP

Однако синтезированная ДНК не была придумана самими учеными. Они создали ее по образу генома близкой родственницы подопытной бактерии, Mycoplasma mycoides. Так что в данном случае логичнее говорить не об организме, созданном людьми целиком и полностью, а о некоей молекулярнойхимере, хотя тот факт, что вся ДНК этой химеры была синтезирована вне живой клетки, говорит о том, что люди уже подошли к тому, чтобы создавать "молекулярные протезы" генов.

Эксперименты группы Хехта свидетельствуют, что теперь люди могут уже не просто копировать имеющиеся живые молекулы, но и создавать свои собственные варианты данных веществ. Причем они оказываются вполне "рабочими". Видимо, уже не за горами тот день, когда ученые сконструируют живую клетку, не имеющую аналогов в природе. То есть смогут сами творить жизнь из неживой материи.

Ну, а пока этого не произошло, открытие Хехта и его коллег планируется использовать в разработках методик лечения заболеваний, связанных с недостатками или отсутствием определенных клеточных ферментов. Данные "молекулярные протезы", по мнению ученых, смогут избавить людей от многих недугов, например от гемофилии (наследственное нарушение свертываемости крови). Кроме того, планируется разработка "протезов" и других биологических соединений — тех же нуклеиновых кислот. Так что, возможно уже в ближайшем будущем ученые смогут заменить в клетке любую "поломавшуюся" молекулу…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"