Хризантему научили синтезировать лекарство от малярии, наделив ее генами полыни

Ученые перенесли гены полыни в хризантему, чтобы получить первое отечественное лекарство от малярии. Трансгенные растения будут отличаться высоким содержанием природного антибиотика артемизинина, который играет в наши дни основную роль в лечении малярии. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты опубликованы в журнале Plants, кратко о них рассказывается в пресс-релизе РНФ.

Малярия 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. В последнее время из-за миграции населения устойчивые очаги малярии всё 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 (историю открытия этого лекарства можно узнать из отдельного очерка). 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 альтернативным методом: в лабораторных условиях, при помощи 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.

Обсудите с коллегами

14:00

Silent Hill. Навстречу ужасу. Игры и теория страха

03.07

Как устроен город

03.07

Некрополь в Отене. Раннее христианство в Галлии

03.07

Организм голых землекопов подавляет размножение раковых клеток

03.07

Любителям апокалиптических фильмов легче пережить пандемию COVID-19

02.07

От оргазма до бессмертия. Записки драг-дизайнера

Исследователи пересмотрели взгляды на синтез полынью лекарства от малярии Исследователи пересмотрели взгляды на синтез полынью лекарства от малярии Генетически модифицированный табак даст людям лекарство от малярии Генетически модифицированный табак даст людям лекарство от малярии
Исследователи пересмотрели взгляды на синтез полынью лекарства от малярии