Сепсис, или общее заражение крови, до сих пор остается одним из самых опасных и самых распространенных заболеваний – в США и странах Европы сепсис ежегодно регистрируют в среднем у 500 000 пациентов, и число их растет на 1,5% в год.
Заражение начинают разные группы бактерий, от стафилококков до кишечной палочки, которые попадают в кровь из раны или при воспалительных осложнениях. В крови же микробы усиливают воспалительную реакцию до предела. Главную роль тут играют эндотоксины, которые представляют собой обломки бактериальной клеточной стенки (на всякий случай уточним, что не у всех бактерий осколки клеточной стенки обладают токсичными свойствами). Токсины взаимодействуют с иммунными клетками, провоцируя сильный воспалительный ответ, который часто заканчивается эндотоксиновым шоком и смертью больного. Антибиотики в случае сепсиса малоэффективны, и, несмотря на многолетние усилия медиков и биологов, особого прогресса в лечении тут нет.
Но, возможно, прогресса удастся добиться с помощью белка теплового шока 70 (БТШ70). Он относится к классу белков-шаперонов, чья задача – помогать другим белкам сохранять правильную пространственную конфигурацию. Как известно, любой белок – это длинная цепочка связанных друг с другом аминокислот, но цепочка не простая, а очень замысловато скрученная в пространстве. И, собственно, функция белка зависит именно от такой вот его трехмерной пространственной структуры.
Однако бывает так, что по каким-то причинам – например, во время клеточного стресса – белку становится трудно «сохранять лицо»: его пространственная структура расшатывается, разворачивается, становится неправильной. И в таких случаях очень к месту оказываются белки-шапероны, которые в буквальном смысле приводят в чувство другие белковые молекулы, которые готовы утратить или уже утратили нормальную пространственную конфигурацию.
БТШ70, как мы сказали, как раз и относится к числу таких шаперонов. Он играет большую роль при стрессах самого разного происхождения – при повышении температуры, при ишемии, при травмах, высокой физической нагрузке, ультрафиолетовом облучении, бактериальной инфекции, воспалении. Исследователи из Института биофизики клетки Российской академии наук (РАН), Института молекулярной биологии РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и больницы Пущинского научного центра предположили, что БТШ70 можно использовать для защиты клеток и организма в целом от действия бактериальных патогенов. Действительно, эксперименты показали, что если ввести БТШ70 животным, которым перед тем ввели эндотоксин, то их кровь, переполненная разнообразными воспалительными молекулами, приходит в норму, а смертность самих животных ощутимо снижается.
БТШ70 работает с иммунными клетками – то есть чтобы использовать его с наибольшей эффективностью, нужно как-то доставить его точно по адресу. Вводить его в кровь, как есть – не слишком удачная затея: часть его успеет разрушиться до того, как доберется до нужных клеток, часть вообще прилипнет куда-нибудь не туда. Поэтому исследователи решили сделать для белка особые полиэлектролитные капсулы, сделанные из полипептидов и полисахаридов.
В статье в Cell Stress and Chaperones авторы пишут, что, во-первых, капсулы легко поглощаются иммунными клетками (то есть теми, кто должен получать БТШ70) и сами по себе не оказывают на «адресатов» никакого токсического действия, во-вторых, БТШ70, который доставили в такой посылке, вполне успешно противостоит процессам, сопровождающим сепсис. Так, одна из задач белка – предотвращать гибель иммунных клеток нейтрофилов, у которых под действием бактериальных эндотоксинов запускается апоптоз – программа клеточного самоубийства. БТШ70, проникший в клетки в капсулах, постепенно высвобождается из них (так как клетка разрушает стенку капсулы) и тормозит гибель клетки – и делает это более эффективно, чем «голый», неинкапсулированный белок.
Возможно, полиэлектролитные биодеградируемые капсулы с БТШ70 скоро станут обычным средством при лечении сепсиса (правда, не стоит забывать, что тут все равно потребуются клинические испытания). С другой стороны, подобные капсулы можно использовать и с другими белковыми «посылками», предназначенными для иных медицинских и биоинженерных задач.
Автор: Кирилл Стасевич