На протяжении всего своего существования люди полагались на растения, как на источник лекарственных веществ. Даже современные производители получают около половины своих препаратов из растений. Но когда этот процесс затруднён угрозой исчезновения вида или сложностями в выращивании, в игру вступает биоинженерия.
Именно среди таких растений оказался ноголист или подофилл шеститычинковый (Podophyllum hexandrum) из семейства барбарисовых, который произрастает в Гималаях. Это растение было первоисточником подофиллотоксина, который лёг в основу противоракового препарата этопозида.
Этопозид существует на медицинском рынке с 1983 года и используется для лечения десятков видов раковых заболеваний, среди которых лимфома и рак лёгких. На данный момент основным источником подофиллотоксина служит более распространённый вид ноголиста — подофилл щитовидный, который растёт в восточной части Северной Америки. Но это растение растёт очень медленно и вырабатывает меньшее количество необходимого токсина, чем его азиатский родственник.
Ноголисты используют подофиллотоксин для защиты от вредителей, причём последовательно синтезируют его из веществ-предшественников. Но до настоящего времени учёные не знали, какие именно гены отвечают за этот процесс, чтобы запустить и регулировать его в лабораторных условиях. Известно было лишь то, что вещество вырабатывается не постоянно.
Наконец, огромный шаг в исследовании синтеза подофиллотоксина удалось сделать химикам из Стэнфордского университета. Доктор Элизабет Сеттели (Elizabeth Sattely) и её аспирант Уоррен Лау (Warren Lau) выяснили, что токсин в растении вырабатывается только в ответ на физические повреждения. Описание своих достижений авторы опубликовали в статье, которая вышла в журнале Science.
Исследователи сделали крошечные проколы в здоровых листьях гималайских ноголистов и проследили, какие белки синтезировались в их клетках до и после манипуляции. Им удалось обнаружить 31 новый белок, который появился после повреждения и потенциально мог участвовать в последовательной сборке «химического оружия». В итоге из этих белков были выделены 10, которые полностью составляли «сборочную линию».
Затем гены, отвечающие за производство этих белков, были помещены в модельное растение для лабораторных исследований — быстрорастущий и довольно неприхотливый табак, который с большим успехом стал производить необходимый токсин.
Теперь главной задачей для исследователей является запуск синтеза подофиллотоксина в дрожжах, которые могут быть выращены в огромном количестве, что позволит полностью обеспечить потребность медицины в столь необходимом лекарстве. Кроме этого, в руках биоинженеров есть инструменты, которые позволят корректировать гены, а через них и структуру конечного химического соединения, что сделает его более действенным.
Немаловажно, что в случае успеха цена препарата значительно снизится, и он станет доступным для большего числа больных раком по всему миру.
В пресс-релизе Стэнфорда доктор Сеттели отмечает, что разработанный ею метод может подойти не только для ноголистов, но и для многих других растений, которые служат источниками ценных лекарственных препаратов и их предшественников.
Автор: Дарья Загорская