В России не производят антималярийные препараты, несмотря на то, что устойчивые очаги заболевания все чаще регистрируются в Московской области и на Кавказе — к распространению приводит потепление климата.
Ученые с помощью генной инженерии разрабатывают метод производства эффективного средства против малярии. Они создают новые трансгенные растения с высоким содержанием лекарственного вещества — природного антибиотика артемизинина. Недавно они успешно перенесли гены полыни, отвечающие за производство артемизинина, в хризантему. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты опубликованы в журнале Plants.
Малярия — распространенная инфекционная болезнь, которая угрожает едва ли не половине населения мира. Ее возбудители — это одноклеточные паразиты плазмодии, передаваемые человеку при укусах малярийных комаров. Попадая с кровотоком в клетки печени и размножаясь в ней, плазмодии вызывают приступы лихорадки, острую печеночную и почечную недостаточность, анемию, увеличение внутренних органов и токсический шок. Более сложная форма заболевания приводит к отеку легких и малярийной коме. По последним данным Всемирной организации здравоохранения, ею переболели свыше 228 миллионов человек, скончались — 405 тысяч.
Во многие страны инфекция завозится туристами, у которых есть иммунитет к возбудителю. В последнее время из-за миграции населения устойчивые очаги малярии все чаще регистрируются в Московской области и на Кавказе. Ученые предполагают, что наблюдающееся потепление климата только ускорит распространение малярии в России, так как увеличится период эффективной заражаемости комаров.
При заражении тропической малярией нужны препараты, содержащие артемизинин — природный антибиотик, получаемый из однолетней полыни. Но в России до сих пор не производятся ни артимизинин, ни какие-либо другие антималярийные средства: для лечения выписываются только зарубежные аналоги. Даже за границей используют препарат из дикорастущих растений, а массового производства нет. Ученые Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова (ИБХ) РАН предложили производить артемизинин альтернативными методами: не только при помощи получения из природных источников, а в лабораторных условиях, методом генетической инженерии.
«Большинство современных лекарств содержат в качестве действующих агентов вещества, которые либо сами, либо их предшественники были когда-то выделены из растений. Вытяжка из полыни действительно работает, но сам однолетник растет в каменистой, степной местности и в других климатических условиях его очень мало. Поэтому чтобы получить лекарственное вещество в объемах, достаточных для широкого производства, нужно сосредоточиться на современных методах молекулярной биологии», — рассказал Сергей Долгов, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор биологических наук, заведующий лабораторией экспрессионных систем и модификации генома растений ИБХ РАН.
Основная идея авторов заключается в том, чтобы перенести гены метаболического пути (ряда реакций биосинтеза) артемизинина полыни в другое растение-хозяин. Таким образом получится увеличить количество вещества в несколько раз. В среднем содержание лечебного вещества в полыни составляет не более 1% от сухой массы листьев, а для масштабного клинического производства этого недостаточно.
Для генетической модификации ученые использовали хризантему садовую, которая отличается естественно высоким содержанием терпеноидов и их предшественников –биологически активных природных соединений, обладающих широким спектром лекарственных свойств. Это делает хризантему перспективной платформой для получения артемизинина. Благодаря пересаженным генам, отвечающим за развитие нужного признака, лекарственное вещество будет производиться в хлоропластах, следовательно, во всем листе. Полынь же вырабатывает артемизинин только в трихомах — волосковых клетках, покрывающих поверхность листа, отсюда и низкий выход.
В лаборатории профессора Александра Вайнштейна из Еврейского университета Иерусалима — соавтора исследования — уже выделили четыре гена: ADS, CYP71AV1, DBR2 и CPR. Все они кодируют ферменты метаболического пути биосинтеза лекарственного вещества. После того, как их «пересадят» в новую среду и добавят дополнительные гены, ожидается повышение уровня накопления артемизинина до коммерчески пригодного.
Биологи проанализировали работу всех целевых генов независимых трансгенных линий. Для этого они превратили молекулы РНК в одноцепочечную взаимодополняющую ДНК и сделали большое количество ее копий (провели полимеразную цепную реакцию с обратной транскрипцией). Сейчас первые успешно выведенные генетически модифицированные хризантемы выращиваются в теплице для следующего этапа научных исследований. Присутствие артемизинина в них подтверждается тонкослойной и высокоэффективной жидкостной хроматографией (одним из самых точных методов разделения и анализа сложных смесей).
Теперь биологам предстоит повысить уровень накопления артемизинина в полученных растениях и разработать эффективный протокол его выделения, а также изучить действие антималярийного вещества на лабораторных животных.
Благодаря этим исследованиям возможно разработать первую растительную платформу для получения артемизинина. Это позволит повысить доступность препаратов на его основе. Кроме того, полученные новые знания, по мнению ученых, могут дать развитие актуальным технологиям в изучении синтетической биологии растений.