Ученые разработали эффективный способ синтеза паучьего токсина для создания обезболивающих
Яд перуанского зеленого бархатного тарантула Thrixopelma pruriens содержит токсин ProTx-I, который избирательно блокирует ряд каналов на мембране клетки. Поэтому токсин может стать новым анальгетиком, однако сначала нужно научиться получать его в больших количествах и в правильной форме. Новое исследование ученых Института биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН и МФТИ с коллегами из других научных центров России и Китая сравнило методы наработки ProTx-I в бактериях.
Биомолекулы, находящиеся в малоисследованных животных, растениях и грибах все чаще становятся прототипами перспективных лекарственных средств. Среди них выделяются яды пауков — настоящая природная библиотека биологически активных молекул, способных точечно воздействовать на нервную и другие системы нашего организма. Среди множества паучьих токсинов выделяется группа ноттинов. Это небольшие пептиды длиной 20–50 аминокислотных остатков с очень стабильной структурой, которые избирательно меняют работу клеточных мембран и рецепторов.
Ноттины обладают высокой устойчивостью — их сложно разрушить нагреванием или химическим воздействием. Они также защищены от расщепления: большинство обычных белков быстро распадаются в нашем организме под действием ферментов. Ноттины же к ним невосприимчивы, что позволяет таким пептидам долго циркулировать в крови и оказывать биологическое действие. В новой работе изучен их представитель, паучий токсин ProTx-I.
Это вещество и близкие ему соединения часто рассматривают в качестве модели для создания анальгетиков нового поколения. Дело в том, что они действуют на ионные каналы, которые участвуют в восприятии и распространении болевых сигналов (NaV1.7, NaV1.8, TRPA1). Проведя структурные и функциональные исследования взаимодействия таких токсинов и каналов-мишеней, можно с помощью рационального дизайна создавать новые препараты для терапии боли и неврологических воспалительных синдромов.
По своей химической природе ProTx-I представляет собой небольшой белок (пептид) из 35 аминокислотных остатков. Молекулу стабилизируют дисульфидные мостики — связи между содержащими серу аминокислотами. Они формируют особый мотив, так называемый ингибиторный цистиновый узел. Подобную структуру затруднительно получить при искусственной наработке токсина с помощью микроорганизмов. Но это необходимо для изучения свойств молекулы. Биотехнологические методы получения также потребуются для производства в промышленных масштабах, если на основе ProTx-I будет создано новое лекарственное средство.
Этим практически значимым вопросом занялись ученые из ИБХ РАН, МФТИ, МГУ им. М. В. Ломоносова и Шэньчжэньского МГУ-ППИ Университета (Китай). Они сравнили разные способы получения ProTx-I с помощью трансгенных бактерий E. coli. Исследователи попытались синтезировать пептид в цитоплазме бактерии в составе слитых белков с тиоредоксином и глутатион-S-трансферазой, однако при таком подходе наблюдалось нарушение пространственной структуры ProTx-I. Результаты опубликованы в Acta Naturae. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Потребовались альтернативные подходы, которые и привели к успеху. Первый — прямая экспрессия белка в цитоплазме, но не в растворимом виде, а в составе телец включения. Так называют крупные нерастворимые агрегаты из молекул, которые появляются в бактериях при экспрессии чужеродных (рекомбинантных) белков. Однако в этом случае белковые молекулы требуется сначала «привести в порядок» — ренатурировать, чтобы придать нужную конформацию.
Другой успешный метод — секреция ProTx-I, слитого с белком, связывающим мальтозу, в периплазматическое пространство бактерии. Это «внешний отсек» у грамотрицательных бактерий, который находится между двумя их мембранами — цитоплазматической и внешней.
Далее активность полученного ProTx-I изучали с помощью ооцитов шпорцевой лягушки Xenopus laevis — модельных клеток, широко используемых для электрофизиологических исследований. Они позволяют понять состояние ионных каналов и рецепторов на мембране, которое легко заметить по изменениям проходящего через нее тока. В ооциты ввели гены, кодирующие каналы TRPA1 человека и крысы. Это хемочувствительный канал (отвечает на химические сигналы), который служит важной мишенью для таргетированной терапии болевых и неврологических воспалительных синдромов.
Оказалось, что чувствительность человеческих рецепторов к токсину в три раза ниже, чем у крыс. А в проведенных ранее исследованиях TRPA1 каналы мыши отвечали на ProTx-I слабее, чем человеческие каналы. Ученые считают, что различия в действии токсина на рецепторы из разных организмов связаны с заметными изменениями в аминокислотной последовательности внеклеточных петель канала TRPA1 (S1-S2 и S3-S4), которые являются основным сайтом связывания ProTx-I. Кроме того, выяснилось, что добавление всего одной лишней аминокислоты (метионин) в N-концевую последовательность белка значительно снижает активность токсина паука.
«Мы разработали эффективную систему бактериальной продукции токсина ProTx-I, и это открывает широкие перспективы для изучения того, как токсин влияет на функционирование канала. Например, полученные образцы сразу помогли нам выявить интересные особенности токсина. Изучая его влияние на ионные токи через мембраны ооцитов Xenopus, экспрессирующих каналы TRPA1 крысы и человека, мы выявили критическую роль N-концевого участка для функциональности токсина», — подчеркнула Екатерина Люкманова, профессор кафедры физико-химической биологии и биотехнологии Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ.
Telegram 
Дзен 
VK Каждый год на месторождениях происходят десятки плановых остановок скважин для ремонта или профилактики. Чтобы во время простоев предотвратить выброс нефти и газа на поверхность, скважины глушат и закачивают в них специальные жидкости, в качестве которых нередко используют обратные эмульсии. Раньше считалось, что они безвредны и легко удаляются, поэтому, когда после глушения проницаемость уменьшалась, это списывали на другие факторы — например, отложение парафинов. Комплексно не изучалось, как именно эти составы влияют на снижение добычи. Ученые Пермского Политеха изучили обратные эмульсии и впервые объяснили, как они влияют на проницаемость горных пород. Проведенное исследование позволяет заранее определить, насколько опасен тот или иной состав и какой способ очистки сработает лучше. Это поможет нефтяным компаниям минимизировать потери добычи и избежать дорогостоящих восстановительных работ.
Современные авиационные материалы должны быть легкими и сверхпрочными, чтобы выдерживать высокие нагрузки. Для этого в основной металл добавляют другие металлы — их называют легирующими элементами. Они помогают создать сложную внутреннюю структуру: микроскопические кристаллы (зерна), границы между ними и мелкие включения. Именно эти включения могут значительно повысить прочность сплава. Ученые Пермского Политеха создали математическую модель, которая показывает, как такие частицы влияют на поведение материала и внутри зерен, и на их границах. Реакция сплава на экстремальные нагрузки зависит от того, как расположены элементы структуры, а также от размера и состава включений. Модель поможет ускорить разработку новых сплавов: инженеры смогут заранее, на этапе проектирования, оценивать поведение материала и подбирать структуру, которая обеспечит нужные прочность, пластичность и долговечность.
Шведские и испанские биологи выяснили, что жизненный цикл красношейных козодоев строго подчиняется фазам Луны. В полнолуние эти ночные птицы активно охотятся и набирают вес, а в темные ночи новолуния сталкиваются с дефицитом энергии и впадают в легкое оцепенение. Колебания освещенности управляют не только ежедневным метаболизмом птиц, но и датами сезонных миграций и размножения.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно