Кишечная палочка в борьбе с опухолями

Незаменимый объект и одновременно инструмент для биотехнологических исследований – кишечная палочка E.coli.
Фото c сайта universityofcalifornia.edu

Сегодня уже для ученых не секрет, что опухоли, в том числе и меланомы, растут из так называемых «инициирующих» клеток. Наши соотечественники Александр Бойко и Ольга Разоренова, работающие в Стэнфордском университете, вместе с другими коллегами сделали довольно интересное открытие. Экспериментируя с биопсиями, взятыми из разных мест и на разных стадиях, они показали, что стволовые клетки меланомы имеют специфический маркер Т271, по которому их легко выделить.

Белок представляет собой протеиновый рецептор нервного фактора роста (NGF – Nerve Growth Factor), что довольно неожиданно, хотя, с другой стороны, меланомы растут и в головном мозге. К тому же надо помнить, что меланомы развиваются в коже, а нервная система является производным кожи в ходе развития плода. Стволовые клетки, поверхность которых «обогащена» этим маркерным белком, долго сохраняют свою жизнеспособность, давая максимальное количество опухолеобразующих клеток при пересадке мышам с «отключенной» иммунной системой.

Пересадка клеток-«инициаторов» в девяти из десяти случаев привела к образованию быстрорастущих меланом, которые к тому же и давали метастазы. То же самое происходило и при пересадке этих клеток в изъятый кусок человеческой кожи. После выключения гена Т271 пересадки ни к чему не приводили. Обогащение маркером Т271 сопровождается отсутствием различных поверхностных протеинов, активирующих защитные Т-лимфоциты. Это, по мнению авторов, объясняет, почему при разного рода иммунотерапиях с использованием защитных клеток удается получить лишь кратковременное уменьшение меланом в размерах.

К мозговым опухолям относятся и так называемые медуллобластомы (от medulla – мозг, например продолговатый). За развитие этого вида опухолей ответственен мутантный протеин, который через свой рецептор в оболочке-мембране клеток стимулирует их избыточное деление. В распоряжении врачей сегодня уже есть блокатор излишней активности оболочечного белка, однако опухолевые клетки довольно быстро становятся к нему нечувствительными.

Не так давно удалось обнаружить еще один ген, активность которого ведет к возобновлению опухолевого роста после лечения, а также и дополнительный механизм развития резистентности, затрагивающий их энергообмен, «выключить» который затруднительно. Помимо него в развитии опухолевой нечувствительности к лекарствам участвует и «модный» ТОR, название которого расшифровывается как «мишень рапамицина» (Таrget of Rapamycin). Мутации в гене ТОR ведут к «омоложению» клеток и увеличению продолжительности жизни лабораторных животных, но также и к опухолям. В норме же ТОК способствует естественному старению клеток, которое в первую очередь связано с «отказом» от деления.

Известно, что вирус иммунодефицита (ВИЧ) тоже быстро становится нечувствительным к лечению. Поэтому уже относительно давно было предложено лечить СПИДовых больных коктейлем, составленным из разнообразных лекарств. Нечто подобное оказалось действенным и в борьбе с клетками медуллобластомы. Одновременное применение двух и даже трех блокаторов разных белков, упомянутых выше, предупреждало развитие резистентности в опытах.

Вполне возможно, что в коктейлях будет использоваться и таксол (паклитаксель – расlitaxel), некогда выделявшийся из коры Тахus brevifolia – дерева, произрастающего на островах и побережьях Тихого океана. В ходе одной из крупномасштабных заготовок 130 кг таксола было выделено из 1000 тонн коры, содранной с полумиллиона деревьев! Сегодня таксол уже научились получать в ходе химического синтеза. Тем не менее лекарство все еще остается довольно дорогим.

Таксол является блокатором образования длинных протеиновых микротрубочек – «тубулей» – клеточного веретена деления. С помощью веретена происходит растаскивание хромосом при клеточном делении. Подавление образования веретена деления не «разрешает» клеткам делиться, что приостанавливает опухолевый рост. Сотрудникам отдела химического инжиниринга при Массачусетском институте технологии в сотрудничестве со своими американскими и сингапурскими коллегами удалось с помощью рабочей «лошадки» биотехнологии кишечной палочки Е.соli обойти химические трудности синтеза таксола.

Для того чтобы заставить бактерию синтезировать таксол, ученые применили метод мультивариабельных ферментативных модулей, в результате чего им удалось повысить выход предшественника таксола до 1 г/л, что в 15 тыс. раз больше того, что удается получить химикам! Ученые считают, что модульный ферментативный инжиниринг позволил им с помощью кишечной палочки не только почти получить готовый таксол, но также и открыть путь к получению других весьма ценных и полезных производных скипидара (натуральные продукты терпеноидов), давно используемых в самых разных областях, в том числе и в медицине. Думается, что более широкое применение подешевевшего таксола в лечении опухолей также откроет новые возможности для онкологии.