Кукуруза может стать источником ферментозаместительных препаратов

Канадские биологи разработали методику получения человеческих белков-ферментов в кукурузе. Новый подход позволит удешевить производство препаратов ферментозаместительной терапии для лечения лизосомных болезней накопления.

Лизосомные болезни накопления (ЛБН) – это обширный класс наследственных болезней обмена веществ, обусловленных недостаточностью лизосомных ферментов, контролирующих процесс внутриклеточного расщепления макромолекул. Как следствие, в организме происходит внутрилизосомное накопление нерасщепленных макромолекул, что приводит к нарушению нормального функционирования клеток и их гибели. Чем сильнее функция фермента нарушена, тем быстрее наступает гибель клеток в тканях и тем быстрее прогрессирует заболевание. Основным методом лечения пациентов с лизосомными болезнями накопления на сегодняшний момент является ферментозаместительная терапия: она останавливает прогрессирование заболевания, способствует обратному развитию его симптомов и значительно улучшает качество жизни больных.

В настоящее время единственным способом получения сложных белковых препаратов для ферментозаместительной терапии является культивирование клеток млекопитающих. Поскольку ферменты синтезируются в клетках, производство препаратов обходится крайне дорого, а, значит, стоимость годового лечения такими препаратами может достигать сотен тысяч долларов в год.

Аллисон Кермод (Allison Kermode), растительный биолог Университета Саймона Фразера в Барнаби (Simon Fraser University, Канада), разработала способ производства необходимых ферментов в кукурузе. Выращивание зерновых культур гораздо проще и дешевле, чем культивирование клеток млекопитающих, которые могут таить в себе человеческие патогены, а, кроме того, должны содержаться при определенной температуре и снабжаться питательными веществами.

Однако во время синтеза в растительных клетках к ферментам обычно присоединяются специфические для растений углеводы, которые могут вызвать опасную иммунную реакцию при введении человеку. Кермод и ее коллеги описали подход, позволяющий избежать подобных модификаций. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. Исследователи внесли изменения в белок-кодирующие гены таким образом, чтоб после синтеза белки не перемещались через комплекс Гольджи – структуру, где к ним присоединяются углеводы (происходит гликозилирование); при этом сама последовательность гена не была изменена. В результате семена модифицированной кукурузы синтезировали белки, гликозилированные по аналогии с человеческими белками.

Ричард Паттисон (Richard Pattison), клеточный биолог Института Растительных Наук Бойса Томпсона (Boyce Thompson Institute for Plant Science) в Итаке, (штат Нью-Йорк, США), назвал данный подход «очень элегантным». Большинство попыток решить проблему с углеводами до сих пор было связано с введением в ген мутаций, которые могут нарушить функции синтезируемого белка, или создания растений, иным образом модифицирующих белки – подхода, требующего временных затрат и зачастую безуспешного.

Тем временем, существуют и другие растительные системы, использующиеся для создания белков с терапевтическими свойствами. В мае 2012 г. Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов США (Food and Drug Administration, FDA) одобрило препарат Elelyso (талиглюцераза альфа) – лекарственное средство для лечения болезни Гоше, связанной с недостаточностью фермента глюкоцереброзидазы. Препарат получают в культивируемых клетках моркови. Однако создание белков с определенным паттерном углеводов с помощью таких методов все еще очень затруднено или невозможно.

Несмотря на все, новый подход имеет множество преимуществ. Семена злаков могут быть выращены с использованием общепринятых методик, они идеальны для длительного хранения белков. Но, по словам Кермод, трансгенные семена необходимо выращивать в закрытых теплицах для предотвращения их попадания в окружающую среду.

«Однако прежде, чем препараты на основе кукурузы достигнут рынка, пройдет еще много времени, - поясняет Кермод, - Ферменты, очищенные из модифицированных семян функциональны, но они еще не были протестированы на клетках, не говоря уже о людях. Исследователи также должны удостовериться, что белок продуцируется в семенах в большом количестве. Таким образом, если все будет в порядке, кукуруза однажды станет использоваться для создания сложных белковых препаратов».

Модифицированные семена кукурузы могут использоваться в качестве источника лекарственных препаратов (фото: PHOTODISC/GETTY IMAGES)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья:
Nature doi:10.1038/nature.2012.11420

Литература:
1. He, X. et al. Nature Commun. 3, 1062 (2012).