Пробив в медицината: генетично модифицирани дрожди за първи път станаха източник на човешкия ензим DNase1 – това ще промени подхода към лечението на COVID-19, сепсиса и инсулта

Възможно е именно дрождите да спасят живота ви.

Протеинът DNase1 е едно от най-старите биологични средства, познати на медицината. Използва се от 1958 г., включително за лечение на муковисцидоза. Производството му обаче е свързано с високи разходи: за получаването на DNase1 се използват т.нар. имортализирани клетки на китайски хамстер, чието отглеждане изисква значителни ресурси. Много по-лесно и евтино би било този протеин да се синтезира с помощта на клетки от дрожди – и това вече е възможно.

Екип под ръководството на д-р Маркус Напирей от Катедрата по анатомия и молекулярна ембриология в Рурския университет в Бохум, който се ръководи и от професор Беате Бранд-Забери, за първи път успя да постигне производството на човешка DNase1 в клетки от дрожди. Изследването е публикувано в списание PLOS One.

Методът се основава на използването на дрождевата гъба Pichia pastoris, която отдавна се използва успешно в биотехнологиите. Генетичната информация за желания протеин се въвежда в клетките на дрождите с помощта на електрически импулс и синтетична ДНК. Клетките интегрират този материал в генома си и започват да възпроизвеждат кодирания протеин. Според Напирей дрождите превъзхождат клетките на бозайниците: отглеждането им е по-евтино, възпроизвеждат се по-бързо и са по-малко податливи на вирусни инфекции.

В рамките на своята дисертация докторантът Ян-Оле Кришек, работещ под ръководството на Napirey и професор Ханс Георг Манхерц, успява за първи път да получи, пречисти и окачестви човешка DNase1, синтезирана от Pichia pastoris. Учените са изненадани, че нивото на производство на човешкия протеин е значително по-ниско от това на сходната миша DNase1, въпреки 82-процентното припокриване на първичната структура. Една от причините е в особеностите на триизмерното нагъване на молекулите, което силно влияе върху ефективността на синтеза.

Протеинът DNase1 играе важна роля в организма: той разцепва извънклетъчната ДНК, която се появява в тъканите в резултат на клетъчна смърт или имунни реакции. Това е от особено значение при муковисцидоза, когато в бронхите се образува гъста слуз с високо съдържание на ДНК. Вдишването на DNase1 прави слузта по-течна, което улеснява дишането и отхрачването на храчките. Днес лекарството се произвежда от епителни клетки от яйчници на хамстер и се използва от 1993 г. насам.

Но спектърът от потенциални приложения на DNase1 е много по-широк. Протеинът участва в разграждането на т.нар. извънклетъчни капани за неутрофили (NET), които помагат в борбата с бактериите, но при сепсис или тежък COVID-19 прекомерното им образуване може да доведе до микротромбоза. Учените смятат, че DNase1 може да се използва за разтваряне на такива съсиреци. Освен това този протеин се изследва като средство за отстраняване на запушвания в мозъчните артерии при исхемични инсулти.

Резултатите на екипа от Бохум биха могли да бъдат важна стъпка към по-евтино и мащабируемо производство на DNase1 на базата на дрожди, проправяйки пътя към по-широките му медицински приложения. Подобни пробиви в биотехнологиите показват как съвременните технологии могат да предизвикат революция в производството на медицински лекарства.