середа, 10 жовтня 2018 р.

Нобелівську премію з хімії дали за методи створення нових ферментів та антитіл. Як це працює і де застосовується?

     Нобелівську премії з хімії у 2018 році присудили трьом дослідникам: Френсіс Арнольд, Джорджу Сміту і Грегорі Вінтер.
     Якщо коротко, премію дали за відкриття методів, завдяки яким стало можливим змінювати ферменти і створювати нові антитіла.
     Перший метод називається «спрямована еволюція ферментів». Наприклад, у вас є якийсь фермент, який закодований у певному гені, і ви хочете, щоб він працював ще краще або трохи по-іншому. Наприклад, щоб він щось робив не з глюкозою, як зазвичай, а зі спорідненою молекулою - галактозою. Ми не знаємо, як саме нам потрібно для цього змінити фермент, варіантів дуже багато. Але ми знаємо, в якій частині ферменту повинні відбутися ці зміни. Тому ми діємо, по суті, банальним підбором: складаємо бібліотеки, в яких зібрані різні варіанти цього гена - з різними мутаціями, які, відповідно, призводять до змін у білку. Ми заганяємо цей ген у бактерію і змушуємо її виробляти потрібний фермент. Система організована так, що, якщо клітина з цим геном не може робити те, що потрібно, вона гине (таких, до речі, буде більшість). Потім можна використовувати антибіотики або токсичні речовини, що спровокують нові мутації, які допомагають пристосуватися до таких умов. У підсумку в живих залишаться тільки ті бактерії, які виробляють найефективніші в потрібній нам області ферменти. Тобто це еволюційний процес, тільки систему відбору створюють самі вчені.
     Другий метод, за який дали премію, - фаговий дисплей. Одна з областей його використання - спрямована еволюція щодо антитіл. Тільки тут використовуються не бактерії, а бактеріофаги - віруси, які можуть заражати бактерії. У них на поверхні є білки, і туди можна вбудувати будь-який за розміром шматок іншого білка. Наприклад, функціональну частину антитіл.
     У антитіл є незмінна частина і функціональна. Функціональна частина зв'язується з тими речовинами, на яких спеціалізуються антитіла. Тобто якщо ми вбудовуємо в бактеріофаг таку частину антитіла, то він теж зможе зв'язуватися з потрібною речовиною. Якщо у нас є ця речовина і потрібно до нього підібрати антитіло, ми теж діємо методом підбору. Ми створюємо бібліотеку з генами, які кодують різні варіанти функціональних частин антитіла, вбудовуємо їх в бактеріофаг і дивимося, який зв'язується з токсином або чимось ще, що нам потрібно. Якщо потрібна ділянка антитіла знайшлася, ми можемо працювати над тим, щоб він краще зв'язувався з тим, на що націлений. Для цього можна вносити невеликі зміни, тобто провокувати точкові мутації гена. Далі вже потрібно буде перевірити ці нові антитіла на специфічність: чи не зв'язуються вони з якимись іншими речовинами. Інакше в організмі вони можуть виявитися токсичними.

Яка користь від цих методів?
     Нові ферменти допомагають прискорити процеси й очистити продукт від побічних ефектів, які іноді виникають під час хімічної реакції. Їх використовують в хімічній і фармацевтичній промисловості. З їх допомогою створюють біопаливо, миючі засоби, реагенти і ліки (наприклад, для зниження рівня холестерину).
     Завдяки фаговому дисплею у нас з'явилися різні препарати з групи моноклональних антитіл. Наприклад, проти аутоімунних захворювань - ревматоїдного артриту та псоріазу.

Джерело: https://meduza.io/feature/2018/10/03/nobelevskuyu-premiyu-po-himii-dali-za-metody-sozdaniya-novyh-fermentov-i-antitel-kak-eto-rabotaet-i-gde-primenyaetsya