• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Ферменты на службе у медицины: применение для молекулярной диагностики и генной инженерии

Ферменты — белковые молекулы, которые обеспечивают ускорение каталитических (химических) процессов в живых системах, — играют значимую роль в развитии биотехнологий. Они могут быть получены как из источников растительного и животного происхождения, так и с помощью микроорганизмов. Ферменты активно применяют в фундаментальных и прикладных медицинских исследованиях: от секвенирования (полной расшифровки) ДНК до обнаружения жизненно важных белков в организме человека.

С ферментами связан целый ряд перспективных исследований и разработок в сфере медицины, которые помогут удешевить производство антибиотиков и сделать их более эффективными, повысить качество и доступность средств диагностики многих серьезных недугов, в частности, сердечно-сосудистых заболеваний.

Описанные в настоящем выпуске информационного бюллетеня разработки новых методов получения и использования ферментов позволят интенсифицировать развитие молекулярной диагностики и генной инженерии, приведут к созданию новых генетических конструкций и в целом усилят позиции России в области биотехнологий.

Версия для печати:   

Ферменты плесневых грибов для диагностики болезней сердца

Первенство среди самых распространенных и опасных недугов XXI века прочно удерживают сердечно-сосудистые заболевания, вызванные тромбоэмболическими осложнениями (их причина — закупорка кровеносных сосудов тромбом вследствие нарушения свертываемости крови). Для своевременного предотвращения этой проблемы сейчас применяют диагностикумы на основе змеиного яда, определяющие с высокой точностью содержание в крови основных белков системы гемостаза (отвечает за вязкость крови). Перспективным и недорогим аналогом могут стать мицелиальные, в частности некоторые виды аспергиллов, акремониумов и артроботрисов.

Функциональное состояние важных белков системы гемостаза (протромбина, плазминогена, протеина С и др.) исследуют путем активации компонентов системы свертывания крови. Содержащиеся в диагностических препаратах ферменты запускают фибринолиз — процесс растворения в крови тромбов и сгустков. Применение грибных ферментов позволит снизить стоимость диагностических наборов по сравнению с аналогами, разработанными на основе змеиного яда.

 


 


 

Термостабильные ферменты для высокоточных ДНК-тестов

В основе ДНК-тестов, применяемых для установления родственных связей, оценки риска развития заболеваний и генетических отклонений, переносимости лекарств и других целей, заложена процедура синтеза фрагментов ДНК. Ее осуществляют в искусственных условиях при температуре, часто превышающей 60oС, из-за чего эффективность процесса сильно зависит от деятельности термостабильных ферментов.

Используемые для анализов ДНК ферменты должны взаимодействовать с исходной нуклеотидной последовательностью ДНК (в том числе специфической) длительное время и без ошибок. Их источником являются, в основном, термофильные микроорганизмы, способные функционировать при высоких температурах. Однако эти ферменты проявляют низкую точность при секвенировании ДНК и клонировании генов, что существенно ограничивает возможности их применения и делает крайне актуальным поиск новых термостабильных ферментов.

 


 


 

Биоинженерия ферментов для синтеза недорогих антибиотиков

На фоне активного производства антибиотиков во всем мире остаются актуальными две важные проблемы: болезнетворные микроорганизмы быстро адаптируются к существующим препаратам, а дорогие антибиотики последнего поколения недоступны для малообеспеченных групп населения. Решение обеих задач — в совершенствовании методов получения промышленных ферментов, используемых в производстве полусинтетических антибиотиков нового поколения.

В основе борьбы с адаптацией (устойчивостью) микроорганизмов к препаратам лежит производство новых либо модификация уже существующих антибиотиков химическим способом (их «ядра» получают путем ферментного удаления боковых групп молекул антибиотиков). Снизить их стоимость возможно за счет применения биоинженерных подходов, направленных на синтез в большом количестве продуцентов промышленных ферментов — рекомбинантных штаммов. Антибиотики в процессе ферментативной трансформации превращаются в ценные промежуточные соединения, которые затем используются для создания новых менее дорогих антибиотиков.

 


 



Мониторинг глобальных технологических трендов проводится Институтом статистических исследований и экономики знаний Высшей школы экономики (issek.hse.ru) в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ.

При подготовке трендлеттера использовались следующие источники: Прогноз научно-технологического развития РФ до 2030 года (prognoz2030.hse.ru), материалы научного журнала «Форсайт» (foresight-journal.hse.ru), данные Web of Science, Orbit, medprom2020.ru, freedoniagroup.com, grandviewresearch.com, vademec.ru и др.

Более детальную информацию о результатах исследования можно получить в Институте статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ: issek@hse.ru, +7 (495) 621-82-74.

Над выпуском работали:
Александр Осмоловский, Анна Соколова, Елена Гутарук, Карина Назаретян, Ким Воронин, Любовь Матич, Надежда Микова.

© Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», 2015