Биохимия

текст Александр Миронов, доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией
Рустэм Шакулов, доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник, Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов

АИКАР (5-аминоимидазол--4-карбоксамид рибофуранозид) давно известен биохимикам — это один из предшественников пуриновых нуклеотидов, из которых образуются нуклеиновые кислоты (аденозинтрифосфат, АТФ, и гуанозинтрифосфат, ГТФ) — универсальные энергетические носители в любой клетке организма. АИКАР, будучи введен в организм млекопитающего, быстро превращается в АИКАР-фосфат — биохимический предшественник АТФ и ГТФ, то есть он тут же включается в центральный метаболизм клеток. АИКАР-фосфат — природный аналог аденозинмонофосфата (АМФ; продукт расщепления АТФ при использовании запасенной в форме АТФ энергии и в то же время химическая основа для запасания новой порции энергии в форме АТФ), и его накопление в организме, как и в случае накопления АМФ, сигнализирует о недостатке АТФ, или, проще говоря, дефиците энергии.

Сигнал АИКАР-фосфата или АМФ о понижении энергетики клеток (низком содержании АТФ) воспринимается ферментом АМФ-активируемой протеинкиназой (АМФК). АМФК "понимает", что наступил дефицит энергии, блокирует процессы, связанные с потреблением АТФ, и стимулирует катаболические процессы, направленные на синтез АТФ.

Способность АИКАР взаимодействовать с АМФК и регулировать энергообеспечение клетки позволяет считать его новым терапевтическим агентом.

Но наибольший интерес АИКАР вызывает как перспективный противоопухолевый препарат. Однако тут возникала одна техническая сложность. АИКАР — природный метаболит, и поэтому быстро усваивается организмом; так что для поддержания его терапевтического уровня в крови, который позволил бы добиваться активации АМФК, необходимы значительные количества препарата. Высокая стоимость препаратов АИКАР, синтезируемых химическими способами, как и весьма вероятное присутствие в таких препаратах посторонних веществ, до сих пор ограничивали экспериментальное и терапевтическое их применение.

Институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов (ГосНИИ-генетика) — один из мировых лидеров в области создания промышленно значимых микробных штаммов-продуцентов. Специалисты института имеют многолетний опыт по созданию рекомбинантных штаммов, в том числе для продуцирования практически значимых метаболитов, таких, к примеру, как витамины (В2) и нуклеозиды (инозин — рибоксин). И вот в лаборатории биохимической генетики института разработан оригинальный способ производства АИКАР природного происхождения ("зеленого" АИКАР) — на основе рекомбинантного штамма бактерий Bacillus subtilis (сенной палочки, обычной почвенной бактерии). Лабораторные штаммы этих бактерий содержат все гены, необходимые для биосинтеза АИКАР и обеспечения его секреции в среду роста. Задачей разработчиков было усиление активности этих генов и обеспечение накопления АИКАР в ростовой среде.

Итогом этой работы стало конструирование высокоактивной бактерии Bacillus subtilis, выделяющей в процессе ферментации более 20 г/л АИКАР, а также разработка эффективного метода выделения препарата АИКАР с чистотой 98-99% в промышленных масштабах. Возможность получения значительных количеств чистого препарата АИКАР позволила перейти к изучению его противоопухолевого действия.

Известно, что особое место в структуре опухолевых заболеваний занимают гемобластозы — опухоли системы крови, главным образом лейкозы. Эти опухоли поражают все возрастные группы, но особенно трудоспособное население и детей. Одним из распространенных заболеваний этого типа служит В-клеточная лейкемия рис. 01.

Финансовая поддержка Министерства образования и науки в виде гранта послужила основой для проведения доклинических испытаний полученного в ГосНИИ-генетики препарата АИКАР в Российском онкологическом научном центре имени Н.Н. Блохина. Терапевтический эффект АИКАР изучали на модели раковых клеток человека и мыши различного происхождения.

АИКАР вызывает преимущественную гибель трансформированных клеток (суспензионных и эпителиальных), в том числе сублиний, устойчивых к другим противоопухолевым соединениям. Неопухолевые клетки повреждаются АИКАР в значительно меньшей степени. Эти особенности обусловливают перспективность использования АИКАР в качестве противоопухолевого средства. Разработанная на основе АИКАР лекарственная форма получила наименование акавидон.

Важным итогом доклинических испытаний стала установленная нетоксичность акавидона в широком диапазоне исследованных концентраций. Вместе с тем, эффективность акавидона как активатора АМФК ограничена коротким временем его присутствия в клетке. Для пролонгирования терапевтического эффекта акавидона использовались известные нестероидные противовоспалительные препараты ибупрофен, индометацин и аспирин.

Ибупрофен существенно повышает противоопухолевый эффект акавидона. На штамм-продуцент АИКАР, способ его выделения и очистки, а также на лекарственную форму акавидона в комбинации с нестероидными противовоспалительными препаратами получены патенты России.

Результаты доклинических исследований противоопухолевого действия акавидона получили положительную оценку Минздрава, что позволило перейти к клиническим испытаниям акавидона — при финансовой поддержке Минпромторга. Акавидон может стать противоопухолевым препаратом нового поколения, поскольку его действие основано не на традиционной химиотерапии, а на модуляции регуляторных систем клеток животных и человека.