Одомашнивание кишечной палочки

Лечебный спрей с белком моллюска, поступающий в клетку. Аминокислота лишает клетку необходимого ей железа при низком рН. Иллюстрация Physorg

Это давняя научная традиция – давать новым обнаруженным феноменам имена ученых, которые их открыли. Так появились мечниковские макрофаги и туберкулезная палочка Коха; название «сальмонелла», вызывающая тиф, – в честь министра сельского хозяйства США Д.Е. Сальмона (Salmon).

Теодор Эшерих (Escherich) был известным австрийским педиатром, занимавшимся детскими кишечными инфекциями в университетах Граца, Вены и Мюнхена. Выделенную им кишечную палочку, которая вообще-то очень полезна, но может вызывать и колит (воспаление толстого кишечника), назвали в его честь эшерихией (E.coli). Много позже этот безвредный микроорганизм стал наряду с мухой дрозофилой объектом интенсивных генетических исследований. Достаточно сказать, что именно с ее помощью Френсис Крик, сооткрыватель двойной спирали ДНК, расшифровал генетический код, благодаря чему стали возможны молекулярная биология и биотехнология.

В 1978 году с помощью E.coli был получен первый человеческий инсулин, а затем и интерферон. Это стало возможным благодаря небольшим кольцевидным молекулам ДНК, «плавающим» в цитоплазме бактериальной клетки, за что их и назвали плазмидами. Они удобны тем, что в них можно вводить чужие гены. А это, в свою очередь, дало возможность получать протеины, которые синтезируют только генетически модифицированные бактерии.

Так, была получена E.coli, реагирующая на свет и «убегающая» от него в более темное место. Благодаря этой ее особенности итальянские ученые из миллиона клеток получили… портрет Моны Лизы. В данном случае адресность движению живых «контейнеров» самых разных веществ длиной не более 1 микрона (микрометра) придавал свет. Со временем новая система направленного перемещения получит самое разное применение.

Известно, что микробы и вирусы оседают на поверхности клеток, соединяясь с белковыми рецепторами, цепи которых пронизывают клеточную оболочку. Зачастую после этого сами клетки поглощают инфекционных агентов с помощью специального механизма – эндоцитоза (введения внутрь цитоклетки). Эту особенность сейчас активно эксплуатируют в несколько иной области, а именно – для подавления нежелательного клеточного роста.

Так, в корейском Научно-технологическом университете г. Поханга предложили спрей с липкими наночастицами для лечения поверхностных процессов. С помощью кишечной палочки корейцы получили белок раковинных прилипал (двустворок), внутрь которых поместили доксорубицин (DOX), повреждающий ДНК и делающий клеточное деление невозможным. При попадании в цитоплазму моллюсковый протеин лишает клетки активного железа. В отсутствии железа, без которого невозможно генерирование энергии, клетка претерпевает апотоз, или запрограммированную смерть.

Микробный «портрет» Моны Лизы.

Среда закисляется в клетках, которые неэффективно «сжигают» глюкозу, поэтому корейские наночастицы, попадая в такие клетки, раскрываются и высвобождают свой убийственный груз. Прочное соединение с поверхностью наночастицам обеспечивает белок-«липучка» моллюска.

По другую сторону океана, в Пенсильванском университете Филадельфии, шли несколько иным путем, защищая получаемые наночастицы сначала небольшими цепочками аминокислот, а затем – металлическим «покрытием».

Защита необходима прежде всего от иммунных клеток – например, тех же макрофагов, функция которых направлена на поглощение разного рода чужеродных частиц. Филадельфийцы сообщили о разработке способа быстрого и крупномасштабного получения наночастиц со специфическими пептидами на поверхности. Миллионы наночастиц теперь стало возможно получать за какие-то полчаса! Ничего подобного биоинженерия до этого не знала.

Для защиты от иммунных клеток крови, печени и селезенки поверхность наночастиц «обогатили» пептидными сигналами «Не ешь меня» (Don’t Eat Me – DEM). Металлоорганические частицы получали путем самосборки и последующего наполнения лекарством в водной среде. Оба вида наночастиц хорошо зарекомендовали себя в ходе испытаний на мышах. Теперь надо ждать одобрения новых препаратов для клинических испытаний.