Мировой тренд последних лет: препараты "нового поколения" ученые все чаще ищут в живой природе. У России в этой научной гонке велики шансы выйти в лидеры: такого природного разнообразия, как у нас, нет ни у кого другого. Есть и первые успехи: российские ученые обнаружили вещество, способное помочь в эффективной диагностике раковых опухолей, исследуя моллюсков в Приморье
Моллюск модиолус курильский оказался в центре фармакологических изысканий: в его гемолимфе ученые нашли белок, который позволяет диагностировать некоторые виды рака
Фото: Анастасия Котлярова / пресс-служба ДВФУ
Открытие ждало биологов буквально под ногами. Модиолус курильский — обычный обитатель мелководья в окрестностях Владивостока. Местные плохо отличают его от мидии и частенько употребляют в пищу. Вот его-то и решил изучить второкурсник биофака Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) Андрей Гринченко, который искал новый способ экологического обследования водоемов.
— Модиолусы на Дальнем Востоке водятся практически везде. Они постоянно фильтруют воду, а значит, изучая их, можно много узнать и о состоянии акватории,— объясняет теперь уже аспирант Андрей Гринченко.
Все изменилось, когда в ходе этих запланированных наблюдений ученые, исследуя моллюска детально, вдруг обнаружили у него в гемолимфе (эта жидкость заменяет моллюскам кровь) белок, способный всерьез заинтересовать фармакологов.
Белок этот из числа лектинов, и в организме модиолуса, судя по всему, используется для защиты от бактерий. У моллюсков лектины — часть иммунной системы, более древний аналог наших антител. Их задача искать чужеродные молекулы и физически их захватывать.
— Лектины распознают определенные структуры углеводов на поверхности клеток. На мембране каждой клетки существуют такие структуры, формирующие ее "портрет". Он меняется в зависимости от состояния клетки. И если она из нормальной становится раковой, "портрет" меняется соответственно. Мы заметили, что у моллюска есть вещество, которое, возможно, распознает определенный тип углеводов, аналогичные тем, что встречаются у некоторых опухолевых клеток,— рассказывает замдиректора Школы биомедицины, заведующий Лабораторией биомедицинских клеточных технологий ДВФУ Вадим Кумейко.
Добраться до гена
Сам вид рака, который можно опознать с помощью лектинов, выделенных из моллюсков, ученые не называют: открытие пока не запатентовано. Но потенциальное применение белка — в точной лабораторной диагностике.
— Есть виды рака, которые крайне сложно отличить друг от друга известными методами, потому что у них очень много форм, которые выглядят совершенно одинаково, но лечатся по-разному. На Западе при некоторых опухолях прописывают коктейль из 12 препаратов — хорошо, если какой-то один поможет,— приводит пример Вадим Кумейко.— А для современной персонифицированной медицины нужно знать точный диагноз.
Уже пять месяцев владивостокские ученые проверяют эффективность нового вещества. Пока все как будто работает. На экране прибора видны подопытные клеточные культуры. Зеленым светятся места, где лектин прикрепился к клеточной мембране опухоли.
В майонезной банке с морской водой всегда держат про запас несколько модиолусов. Время от времени им раздвигают створки скальпелем, вводят иглу и забирают немного гемолимфы.
Но скоро надобность в живых моллюсках отпадет. В соседней лаборатории нужный лектин пытаются выделить и синтезировать. Для этого ученые проверяют геном модиолуса и ищут место, где закодирован белок. Моллюск этот никогда раньше всерьез не интересовал генетиков, поэтому полный геном его пока не расшифрован. Так что задачу решают методом перебора. А когда нужный ген найдут, его встроят в бактерию, которая и будет производить чистый лектин.
По части массового производства человек оставляет природу далеко позади. А вот если надо искать новые вещества, приходится по-прежнему обращаться к живой природе
Так оно обычно и бывает с медицинскими препаратами природного происхождения. Нужные вещества находят в живой природе, но потом начинают производить уже синтетическим или биохимическим методом. Когда дело касается массового производства, человек оставляет природу далеко позади. А вот если надо искать новые вещества, приходится по-прежнему обращаться к живой природе.
— Последние годы в фармакологии главенствовал подход, когда ученые пытались синтезировать библиотеки искусственных химических соединений и среди них искать новые молекулы. Но выяснилось, что эти библиотеки пока однотипные. Попросту говоря, люди еще не научились создавать такое же разнообразие молекул, какое природа произвела за многие годы эволюции,— рассказывает Вадим Кумейко.— В общем, искусственные библиотеки не оправдали ожиданий. Не нашли в них тех великих лекарств. И вот теперь возник повторный интерес к природным объектам.
Вскрыть кладовую
Биологи из ДВФУ со своим моллюском явно попали в международный тренд. Сейчас ученые всего мира активно ведут поиск новых лекарств от рака именно в живой природе. В принципе, ровно такой подход бытовал полвека назад. Фармакологи собирали образцы в живой природе, делали из них экстракты и массово проверяли их действие на культурах раковых клеток. Только вот современные технологии позволяют делать это намного быстрее, проверяя сотни веществ одновременно.
А дальше у каждой страны собственная специфика. Вьетнамцы исследуют свои тропические растения. В Китае проверяют современными научными методами экстракты и отвары народной медицины. Во Владивостоке особый упор делают на подводные организмы. Во-первых, тут поблизости и теплое Японское море, и холодное Охотское, а значит, морское биоразнообразие особенно велико. А во-вторых, академические институты Приморья еще в советское время собрали огромные коллекции морских растений, грибов и беспозвоночных.
Буквально на днях подопечные Вадима Кумейко начали опыты с молекулами, извлеченными из одного из видов медуз. Так что морские глубины, похоже, оправдывают надежды ученых.
Экспертиза
Новый горизонт
Владимир Катанаев, профессор фармакологии Университета Лозанны, руководитель лаборатории фармакологии природных соединений ДВФУ
Традиционно лекарство от рака в живой природе искали так: проверяли экстракты на культурах раковых клеток в лабораторных условиях, отбирали те, которые их убивали или останавливали рост. Этот подход привел к появлению нескольких важных препаратов. Но ни один из них не обладает специфической активностью против рака — они вредны для всех клеток, просто на раковые действуют сильнее. Современный подход состоит в том, чтобы создать своего рода "волшебную пулю" — препарат, который отличает раковую клетку и, соответственно, не наносит вреда нормальным клеткам.
Мы в нашей лаборатории фокусируемся на исследованиях определенного химического процесса — сигнального каскада Wnt. В норме этот процесс работает в эмбрионах и еще в некоторых случаях, например в женской груди перед лактацией, когда нужно, чтобы выросла дополнительная ткань для производства молока. А когда процесс включается не вовремя, клетки начинают беспорядочно делиться, перерождаться в раковые. "Аналогичный процесс" наблюдается и в случае возникновения рака кишечника и печени.
"Природная аптека" сулит такие горизонты, о которых можно было только мечтать
В наших опытах мы применяем раковые клетки молочной железы, в которых активно работает этот сигнальный каскад, и проверяем на них эффективность разных веществ. Работаем и с синтетическими соединениями, и с природными. Так вот, "природная аптека" сулит такие горизонты, о которых можно было только мечтать. Главное преимущество природных веществ — их колоссальное разнообразие. Мы уже сумели обнаружить интересные активности с экстрактом дальневосточного растения виноградовника. Правда, активный компонент в нем мы пока еще не идентифицировали. Очень интересную активность дали морские звезды офиуры, собранные два года назад экспедицией в районе Курильских островов... Приморье для таких исследований самое подходящее место, здесь сходятся несколько природных зон, сливаются воды холодных и теплых морей — уникальная по разнообразию кладовая. Раньше, когда люди искали лекарства в природных источниках, круг поиска был ограничен наземными растениями, грибами, бактериями — до морских "доноров" объективно было просто не добраться. Теперь уровень развития технологий позволяет это сделать. И нет сомнений: мы на пороге прорывных достижений.
Хроника
Побочный продукт
Случайность — двигатель науки. "Огонек" вспомнил, что еще, кроме способности моллюсков "диагностировать" рак, было открыто случайно
Веселящий газ (закись азота)
Открыт при исследовании озера в Антарктиде в ХVIII в. Формулу вывел физик Джозеф Пристли. Сначала газ, который вызывал приступы смеха, использовали на вечеринках (порой это приводило к трагедии из-за атрофии дыхательных мышц). Для наркоза газ впервые применили в 1884-м при удалении зуба.
Рентген
В 1895-м немецкий физик Вильгельм Конрад, пропуская электрический разряд сквозь разреженные газы, обнаружил странное явление — некие лучи, которые оставляли рисунок на определенных поверхностях. Исследовав свойства этих лучей, Конрад сообразил, что они могут просвечивать тело человека.
Пенициллин
Первый антибиотик открыл в 1928-м британец А. Флеминг. Он по неряшливости не мыл лабораторную посуду, в которой выращивал споры бактерии стафилококка, и чашки покрылись плесенью, которая подавила стойкую бактерию. Полученный вскоре антибиотик стал "отцом" множества синтетических родственников.
Электрокардиостимулятор
Побочный продукт исследований военного инженера Джона Хоппса, который в 1941-м искал способ максимально быстро обогреть замерзшего человека и использовал для этого высокочастотное радиоизлучение. Внезапно он обнаружил, что переставшее биться в результате переохлаждения сердце вновь заработало.
Виагра
Оказалась приятным сюрпризом для английских фармацевтов, которые в 1992-м занимались поиском нового средства от стенокардии и гипертонии. Пациенты отметили чудесное воздействие нового препарата на половую потенцию и эрекцию. Препарат принес счастье множеству пар и Нобелевскую премию — своим создателям.
Контекст
Живая аптека
Поиск веществ, имеющих лечебный эффект, в живой природе и создание на их базе препаратов в последние десятилетия стало основой для десятков лекарств, остановивших инфекционные эпидемии и помогающих в лечении онкологии и других тяжких заболеваний
Тис тихоокеанский
В 1960-х сотрудники Национального института рака США проводили массовый скрининг растений, произрастающих на территории страны. Одним их сенсационных итогов работы стало обнаружение в иголках тиса тихоокеанского (американского) вещества, на базе которого был создан один из самых известных противоопухолевых препаратов — таксол.
Камптотека
Этот родственник кизила традиционно применялся в китайской народной медицине против опухолей (в Поднебесной кампотеку даже называли "деревом счастья"). В 1966-м американские ученые из Северной Каролины решили проверить ее лечебный эффект и выделили камптотецин — эффективный препарат для химиотерапии.
Лучистый гриб
Streptomyces aureofaciensa стал основой для производства одной из самых популярных групп антибиотиков-тетрациклинов. Впервые лекарство выделено из культуры гриба в 1945 году, а в 1952-м был синтезирован и аналог лечебного вещества, которое продуцирует лучистый гриб. Широко применяют для лечения сибирской язвы, холеры, чумы и тифа.
Морской еж
Пигменты, которые окрашивают иголки животного в темный цвет, в медицине научились применять буквально в последние годы. Действующее вещество — эхинохром — эффективно защищает клетки организма от различных повреждений. Препаратами с экстрактом ежа лечат даже острые инфаркты и заболевания глаз, связанные с разрушением сетчатки и роговицы.
Бурые водоросли
Еще одна "новинка из природной аптеки". На основе веществ, добытых из этих морских растений, российскими учеными получено лекарство "транслам", которым лечат острую лучевую болезнь. Интересно, что его можно принимать превентивно — вещество мобилизует защитные силы организма, противостоящие воздействию радиации.
Катарантус розовый
Вечнозеленый кустарник, произрастающий в тропиках. Содержит более 100 активных веществ-алкалоидов. Самое ценное из них — винкалейкобластин — применяют в препаратах для повышения противоопухолевого иммунитета уже пару десятков лет.
Ольга Ефременкова, НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе
С развитием современных методов получения природных соединений поиск новых антибиотиков даже в организмах высших животных и растений стал вполне экономически оправданным. Причем диапазон поиска практически не ограничен. Существует великое множество не открытых микроорганизмов. Например, из почвы традиционными методами высевается не более 0,1-10 % присутствующих там микроорганизмов. Оставшиеся — практически неисчерпаемый источник продуцентов новых лекарств.
Сергей Колесников, академик РАМН, президент Ассоциации производителей фармпродукции
Разработка новых препаратов — удовольствие дорогое, и в развитых странах фармкорпорации тратят на них до 20 процентов от прибыли. У нас — менее 7 процентов. У отечественных предприятий нет денег на новые разработки. И к тому же при формировании цены на препарат у нас не учитываются затраты на его разработку, как это делается во всем мире. И тем не менее у российских ученых есть прорывные разработки...
Борис Трофимов, академик, научный руководитель Иркутского института химии им. Е.А. Фаворского СО РАН
Наиболее эффективная технология поиска лекарств — синтез по аналогии с природными веществами. Так было открыто очень активное противораковое вещество таксол — из коры тиса американского. Нужно перерабатывать большое количество коры, а выделяемое количество — миллиграммы. Химики определили структуру вещества, она оказалась очень сложной, но стали синтезировать похожие молекулы. В итоге получили вещества "таксоноиды", то есть "подобные таксолу". Среди них оказались несколько очень активных молекул.