Фото: Anita Jancovic / Unsplash.com
Фото: Anita Jancovic / Unsplash.com
Пептиды — это фрагменты белковых молекул, выполняющих в организме массу полезных функций. Они регулируют сердечно-сосудистую деятельность, влияют на память и процесс обучения, воздействуют на нервную систему, вызывая страх или ярость, участвуют в метаболизме и иммунном ответе, обладают противоопухолевым действием. Эти и многие другие свойства пептидов давно используются при создании лекарств. Уже есть препараты для лечения сахарного диабета, инсульта, онкологических заболеваний.
Главное достоинство этих средств — безопасность: в отличие от малых химических молекул, у пептидов нет токсичных метаболитов, в организме они распадаются на аминокислоты — безвредные органические вещества, которые входят в состав обычной еды. Созданием именно таких лекарств занимается компания «Лактокор». Она уже провела доклинические исследования пептида, снимающего тревогу и страх, а сейчас ищет молекулу, способную победить старость. Почему подопытными кроликами для нее стали рыбы?
Молоко успокаивает
В команду «Лактокор» вошли единомышленники — выпускники биофака МГУ. Еще во время учебы они заинтересовались пептидами и теми выгодами, которые они сулят человечеству. Наиболее перспективными они посчитали пептиды молока (отсюда и название «Лактокор», от латинского lac — молоко). «Мы сосредоточились на пептидах грудного молока,— рассказывает генеральный директор компании, кандидат биологических наук Антон Малышев.— В белках молока, в частности грудного, есть несколько групп коротких сигнальных пептидов, которые модулируют различные нейромедиаторные системы в мозге — например, опиоидную или систему ГАМК — гамма-аминомасляной кислоты. Это так называемые успокоительные молекулы, наш главный тормозной медиатор. Наиболее эффективно они воздействуют на детей. Пептиды, содержащиеся в грудном молоке, приводят в норму нервную систему малышей, успокаивают, адаптируют к окружающему миру».
Рыба ищет, где ярче
Фото: Предоставлено пресс-службой «Лактокор»
Фото: Предоставлено пресс-службой «Лактокор»
Когнитивные функции, то есть память, способность к обучению и т. п., изучают на цихлидах Maylandia callainos. «Данио-рерио слишком социальные, чтобы их можно было обучать индивидуально,— объясняет Василина.— Для этого мы выбрали малавийских цихлид. Они меньше зависят от стаи и потому подходят для одиночного обучения. Как и все рыбы, они различают цвета, стороны, и мы используем парадигму выбора между двумя цветами. Сначала рыбы не имеют цветовых предпочтений. Их некоторое время не кормят, а потом по одной выпускают в аквариум, где есть два разноцветных отсека. В течение нескольких дней рыба находит еду только в желтом отсеке и через какое-то время запоминает, что нужно выбирать желтый отсек». Цвета каждый день случайным образом меняются местами, чтобы не было привязки к месту и экспериментаторы были уверены, что рыба идет на желтый, а не направо, например. «Успеха в обучении рыбы, которым ничего не вводили, достигают примерно за десять дней,— говорит Игорь Доронин,— и мы надеемся, что, когда мы будем давать им препараты, быстрее снизится число ошибок, то есть выбор неправильного рукава».
В 2014 году Антон Малышев вместе с Игорем Дорониным, техническим директором и сооснователем «Лактокора», решили заняться производством добавок в детское питание на основе пептидов грудного молока, которые могли бы успокаивающе воздействовать на нервную систему грудничков. И сразу столкнулись с проблемой. «Добывать этот пептид из грудного молока по понятным причинам невозможно,— комментирует гендиректор.— Мы организовали химическое производство, но тут выяснилось, что зарегистрировать синтетический пептид как компонент для производства продуктов детского питания в России очень трудно в силу законодательства. Тогда мы решили поискать более простой путь с точки зрения правового регулирования, например, производить гидролизаты и БАДы на их основе».
Строить новые пептиды
Так в своей деятельности молодые предприниматели познакомились с Геннадием Бабкиным, инвестором в биотех-стартапы. «Он занимался гидролизом коровьего молока для сельскохозяйственных нужд, а мы его заинтересовали пептидами, которые воздействуют на нервную систему,— вспоминает Антон Малышев.— Три года мы работали в области гидролиза молока, пытаясь получить функциональные продукты, а в 2016–2017 годах стали исследовать гидролизаты на животных моделях и увидели мощное противотревожное действие. Тогда мы решили применить методы структурной биоинформатики, чтобы в наших многокомпонентных белковых смесях искать новые индивидуальные регуляторные пептиды и делать из них кандидаты в лекарственные средства».
«Мы представляем себе сигнальные пути внутри клетки и рецепторы, которыми они обеспечиваются,— продолжает Игорь Доронин.— Грубо говоря, есть замок и есть ключ, где пептид — это ключ, а рецептор — замок. Если они совпадают, запускается сигнальный путь. Зная структуру рецептора, мы можем предположить конкретную последовательность аминокислот в пептиде, которая подойдет наилучшим образом, можем гипотетически измерить энергию взаимодействия и в конечном итоге смоделировать это взаимодействие статистически, в динамике и так далее. А значит, мы можем сами строить новые пептиды, зная структуру рецептора».
Рыба умирает
Фото: Предоставлено пресс-службой «Лактокор»
Фото: Предоставлено пресс-службой «Лактокор»
Процессы старения и способы борьбы с ним в «Лактокоре» изучают на представителях рода нотобранхи (Notobranchius guentheri) — африканских рыбах с очень коротким жизненным циклом, которые живут в пересыхающих озерах. В сезон дождей водоем наполняется, они дают потомство, а потом водоем пересыхает до следующего сезона дождей. Нотобранхи стареют буквально за полгода, а их генетические программы близки к человеческим. «С возрастом у них появляются четкие признаки старения: вырастает горб, выцветает чешуя, они меньше двигаются,— комментирует Алексей Стрыгин.— Мы сейчас пытаемся подобрать условия так, чтобы они старели за четыре месяца. Чем быстрее они умирают, тем проще отследить, насколько дольше они будут жить под влиянием того или иного препарата».
Так «Лактокор» перешел от идеи БАДов к идее индивидуальных пептидов, которые можно патентовать и развивать как будущие лекарства. «Это ультракороткие регуляторные пептиды, которые мы находим в природных белках или можем de novo конструировать аминокислота за аминокислотой,— говорит Антон.— Для этого мы создали IT-платформу, из которой вырастают отдельные проекты. Это модели в психиатрии и метаболизме, а наша новая тема — когнитивные расстройства и старение. На первом этапе все наши гипотезы и препараты мы проверяем на рыбах».
Рыбы нам ближе
«Почему мы выбрали рыб? — начинает рассказ заведующая лабораторией Василина Гедзун.— Возможность тестировать потенциальные препараты на рыбах у многих может вызвать сомнения, потому что эволюционно они удалены от людей сильнее грызунов, например. Однако у них очень близкое к человеку строение мозга, они имеют такие же медиаторы и системы, на которые действуют лекарственные вещества. Например, гормон стресса у них такой же, как человеческий, а у мышей — отличается».
Финансовые соображения тоже играют роль: грызуны довольно дорогие в содержании. Сотня рыб умещается в 100-литровом аквариуме, а сотня мышей занимала бы треть лаборатории. К тому же мышей надо кормить, убирать за ними, для этого требуются специально оборудованные помещения и больше технических работников. «Количество субстанции для тестов на рыбах нужно в десятки, а то и в сотни раз меньше, чем в тестах на грызунах, а между тем стоимость синтеза наших пептидов может достигать тысячи долларов за миллиграмм. То есть тут мы тоже хорошо экономим»,— подчеркивает Алексей Стрыгин, директор по развитию.
Рыба ищет, где выше
Моделями для фармакологических испытаний в лаборатории «Лактокора» служат три типа рыб. На данио-рерио (Danio rerio), которых еще называют зебрафиши из-за их полосатой окраски, испытывают антидепрессанты: их тревожное и депрессивное поведение хорошо изучено. Размер этих рыбок не превышает трех сантиметров, и этим крохам вкалывают лекарство! «Наш лидирующий препарат, направленный против расстройств настроения, был впервые испытан на них,— рассказывает Василина Гедзун.— Рыбы чувствительны к стандартным антидепрессантам, и по профилю изменения поведения можно понять, работает наше вещество или нет».
«Мы используем три основные экспериментальные установки, очень похожие на те, что применяют в тестах на грызунах,— говорит Василина.— Первая — "Открытое поле", на ней как раз и тестируются наши анксиолитики — средства, снимающие тревогу и страх. Данио-рерио — рыбы стайные. Попадая в новые условия, да еще и без собратьев, они испытывают большой стресс и проявляют особенности поведения, которые интерпретируются как тревожность. Мы записываем трек такой испуганной рыбки и видим, что она мечется около дна. Так она снижает риск быть съеденной».
Как только рыбка получает антидепрессант, ее поведение кардинально меняется — она начинает двигаться к поверхности. Это значит, что она перестала бояться и смело отправляется на поиски еды. «На ее поведение можно влиять фармакологически и сравнивать модели поведения, выявляя активные вещества»,— комментирует Алексей Стрыгин.
Еще один тест проходит в светло-темной камере. Рыбы, объясняет Василина, любят прятаться в темноте и редко выходят на свет. Под действием противотревожных веществ рыба спокойно выплывает и исследует светлый отсек. Показателем эффективности лекарства считается время, проведенное в светлом отсеке, и число выходов в него. «У нас установлен специальный софт, который все четко просчитывает, и мы достоверно видим эффекты»,— отмечает Игорь Доронин.
«На рыбах можно делать много разных моделей,— продолжает Игорь Доронин.— Можно устраивать им хронический стресс, и тогда это будет модель депрессивноподобных расстройств. Можно острый стресс, предъявляя, допустим, силуэт большой рыбы, и тогда это будет модель посттравматического стрессового расстройства. Есть специальные корма для модели ожирения, когда нарушаются метаболические процессы, в частности усвоение глюкозы, и развивается диабет. Возможен полный спектр методик, который мы потихоньку осваиваем».
«Скорость проведения экспериментов и получения предварительных результатов на рыбах существенно выше, чем на грызунах,— добавляет Игорь Доронин.— И мы можем отсеивать неудачные варианты значительно раньше, чем при экспериментах на мышах, что очень важно, ведь множество проектов закрываются из-за ошибок на первом этапе. При этом препараты работают на рыбах и грызунах фактически одинаково».
Антидепрессанты на подходе
Впрочем, от опытов на мышах все равно не уйти: есть регуляторные требования, которые обязывают разработчиков лекарств тестировать токсичность своих препаратов минимум на двух разных семействах млекопитающих. Это могут быть морские свинки и кролики или собаки и приматы. Исследования токсичности обычно самые дорогие, потому что при создании малых молекул исследователи не знают безопасную дозу. Близкие к природным пептиды в большинстве случаев обладают хорошим профилем безопасности, поэтому даже максимальные дозы не вызывают у животных серьезных побочных эффектов. После «рыбных» экспериментов уже возможно обоснование некой дозы, что позволяет существенно сократить этап изучения токсичности.
У команды «Лактокор» за пределы рыб вышло уже несколько лекарств. Лидирует препарат для лечения тревожно-депрессивных расстройств, результаты его исследования на лабораторных мышах опубликованы в рецензируемом научном журнале Frontiers in Neuroscience, который издается в Швейцарии. Препарат, способный бороться с ожирением и другими проблемами метаболизма, готовится выйти на уровень доклинических исследований согласно международным стандартам GLP (Good Laboratory Practice / надлежащая лабораторная практика). Подбор пептидов, способных замедлить старение или улучшить когнитивные функции, пока на более ранней стадии. У компании есть своя IT-платформа, которая существенно упрощает и ускоряет поиск подходящих пептидов. Со временем «Лактокор» собирается предлагать ее и как сервис сторонним компаниям.
«У нас очень много терапевтических мишеней, с которыми можно работать. Есть протоколы по изучению сердечно-сосудистых заболеваний, можно моделировать онкологию. Наша платформа в некотором смысле универсальная, и рано или поздно мы займемся и другими проблемами. Но вывести препарат на международный рынок стоит десятки миллионов долларов, поэтому распыляться нам пока не хочется»,— подытоживает Игорь Доронин.