В институте Физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ имени М.В. Ломоносова синтезирован белок эритропоэтин высокой степени очистки, которым можно вылечивать переломы, анемию и даже рак.
Эритропоэтин вырабатывается почками и стимулирует образование в человеческом организме красных кровяных клеток (эритроцитов). Инъекции эритропоэтрина восстанавливают нормальный уровень эритроцитов при различных формах анемии, связанных с почечной недостаточностью, онкологическим заболеванием или применением химиотерапии. Сейчас этот белок промышленно получают из генетически модифицированных клеток яичников китайского хомячка, в которых он синтезируется в виде смеси с разным содержанием углеводов. На языке учёных это значит, что смеси по-разному гликозилированы.
Кроме этого, эритропоэтин восстанавливает (репарирует) кости, поэтому учёные планируют использовать его для местного введения в область поражённой костной ткани. Белок будет находиться в составе импланта из материала-носителя, который удержит эритропоэтин в месте введения.
Российские учёные получили высокоочищенный эритропоэтин новым путём — методом синтеза в клетках кишечной палочки (бактерии E. coli). Белок был рекомбинантным, то есть состоял из аминокислотных последовательностей разных природных белков. При таком синтезе в клетках бактерий эритропоэтин получается негликозилированным, поэтому обладает меньшей молекулярной массой по сравнению с гликозилированными формами и быстрее выводится из кровотока.
«Главное было получить при синтезе в бактериях правильно сформированные химические связи. Белок должен обладать биологической активностью и быть пригодным для использования в регенеративной медицине. С помощью синтеза в бактериальных клетках мы получили высокоочищенный негликозилированный рекомбинантный человеческий эритропоэтин, обладающий специфической биологической активностью», — рассказала одна из авторов исследования, доктор биологических наук Анна Карягина-Жулина, старший научный сотрудник отдела Математических методов в биологии Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ.
Очищали белок с помощью колоночной хроматографии. Для повышения растворимости белка его синтезировали в составе гибридных конструкций с дополнительными белковыми доменами, обеспечившими лучшую растворимость всего белка. Исследователи перебрали три варианта дополнительных доменов. Использование одного из них позволило авторам получить растворимую форму белка и очистить его. Для отщепления чистого эритропоэтина гибридный белок был обработан ферментом энтерокиназой.
Высокую биологическую активность полученного в бактериях особо чистого эритропоэтина авторы выявили на специальной линии клеток (клетки эритролейкемии), которые начинали усиленно делиться при добавлении эритропоэтина.
Авторы отмечают, что это исследование — часть большого проекта, посвящённого разработке новых имплантируемых материалов с эритропоэтином и человеческим костным морфогенетическим белком-2 (rhBMP-2) для реконструктивной хирургии.
«Предполагается, что введение в область костной травмы рекомбинантного эритропоэтина позволит добиться ещё большего повышения эффективности разрабатываемых нами имплантируемых материалов. То, что оба рекомбинантных белка — rhBMP-2 и эритропоэтин — мы получаем бактериальным синтезом, обеспечит существенное удешевление получаемых на их основе материалов по сравнению с зарубежными аналогами», — заключила Анна Карягина-Жулина.
Исследование поддержано РНФ. Оно проходило в сотрудничестве с Всероссийским научно-исследовательским институтом сельскохозяйственной биотехнологии, Научным центром психического здоровья РАН, Первым московским государственным медицинским университетом имени И.М. Сеченова, Институтом геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН, Государственным научно-исследовательским институтом генетики и селекции промышленных микроорганизмов, Министерством здравоохранения РФ.
Результаты опубликованы в журнале Biochemistry (Moscow).
