24.02.2020 №8

image

Илья Казловский из Института микробиологии НАН Беларуси - президентский стипендиат 2020 года.

Научный сотрудник лаборатории молекулярной биотехнологии Института микробиологии НАН Беларуси Илья Казловский развивает в Беларуси перспективное направление молекулярной биотехнологии – бесклеточный синтез белка. Он экономичен и помогает масштабировать получение различных белковых продуктов. За успехи в этом направлении ему назначена президентская стипендия для молодых ученых на 2020 год.

Новая технология

Направление основано на реконструкции in vitro всех этапов биосинтеза белка в клетке в открытой системе без физических барьеров, таких как клеточная мембрана. Данная технология трудоемкая в отличие от клеточного синтеза. Однако открытия в этой области помогают удешевить и масштабировать технологию получения востребованных белков.

Институт микробиологии НАН Беларуси – пионер в этом направлении в нашей стране. Ученые в основном проверяют возможность бесклеточного синтеза конкретных белков. Его механизмы изучают и в Институте белка РАН.

Основное направление работ И. Казловского – получение сладкого растительного белка браззеина – потенциального сахарозаменителя. Как объяснил молодой ученый, распространение в последнее время ожирения и сахарного диабета привело к повышению интереса к безопасным и низкокалорийным натуральным подсластителям с благоприятными вкусовыми свойствами.

«Обнаружено шесть природных белков, которые в состоянии вызвать интенсивную сладость у людей: тауматин, монеллин, мабинлин, браззеин, пентадин и неокулин. Они встречаются в растениях, произрастающих в тропических лесах Южной Азии и Африки. Самый сладкий и стабильный – браззеин. Он отличается наиболее удовлетворительным послевкусием, что делает его весьма перспективным коммерческим продуктом. По сравнению с применяемыми высокоинтенсивными подсластителями у браззеина имеются явные преимущества, и только высокие затраты на его производство пока не позволяют этому белку составить достойную конкуренцию на мировом рынке привычным сахарозаменителям», – отметил И. Казловский.

Поэтому ученый совместно с коллегами из лаборатории впервые продемонстрировал альтернативный способ получения браззеина – при помощи бактериальной системы бесклеточного синтеза.

«При этом выход белка в оптимизированных условиях проведения процесса составил 2 мг/мл реакционой смеси, что в 57 раз больше, чем максимальный выход его в ранее описанных в литературе экспериментах с использованием цельноклеточных систем экспрессии», – отметил И. Казловский.

По результатам опытов американских коллег на клеточных культурах и животных, браззеин также может применяться как антигистаминное средство – снимает аллергические реакции.

Увеличить выход

Молодой ученый впервые продемонстрировал возможность синтеза двух белков в бесклеточной системе: фермента дигуанилатциклазы (ДГЦ) для получения циклических динуклеотидов – усилителей вакцин, и химерного белка аннексин-аденозиндезаминазы, перспективного для создания таргетного противоопухолевого препарата.

«Вакцины состоят из двух основных компонентов: сама вакцина и усилитель. Если раньше в качестве усилителя использовали эмульсию из жиров и воды, то сейчас зарубежные ученые начинают переходить на низкомолекулярные соединения, такие как циклические динуклеотиды. Ранее нашими коллегами в лаборатории были синтезированы эти динуклеотиды при помощи ДГЦ, полученной в цельноклеточной системе. Мы же показали, что синтез ДГЦ возможен и в бесклеточной системе, в результате чего мы увеличили выход самого фермента», – рассказал И. Казловский.

Химерный белок аннексин-аденозиндезаминаза также ранее был получен в цельноклеточной системе. Он плохо синтезировался и имел небольшой выход. Поэтому в данном исследовании ученый оптимизировал технологию и упростил получение белка с помощью бесклеточного синтеза.

Как пояснил Илья, данный химерный белок может использоваться в создании таргетного противоопухолевого препарата. «Он состоит из двух основных белков: аденозиндезаминазы и аннексина. Аннексин узнается клетками организма и доставляется в локализации опухолевых процессов. Но для того, чтобы белок попал на раковые клетки и позволил иммунной системе уничтожать их, ему необходимо преодолеть барьер, который находится вокруг такой клетки, – аденозин. Поэтому мы включили и аденозиндезаминазу – фермент, который разрушает данный барьер», – пояснил биотехнолог.

Прежде чем аннексин-аденозиндезаминаза будет применен для создания таргетных препаратов, его предстоит детально изучить. И. Казловский считает, что скорей всего, первоначально найдет применение в ветеринарии.

Валентина ЛЕСНОВА

Фото автора, «Навука»