Антидот из кишечной палочки
Кишечную палочку удалось приспособить для производства антидота против фосфорорганических соединений – ядов, в число которых входят зарин и множество нервно-паралитических боевых отравляющих веществ. Произведённый E.coli фермент способен двое суток сохраняться в крови в количестве, достаточном для защиты мышей от трёхкратной смертельной дозы пестицидов.
По подсчетам Всемирной организации здравоохранения, в мире ежегодно происходит три миллиона случаев отравления пестицидами; более 200 тысяч таких отравлений заканчиваются летальным исходом. Кроме того, в современном неспокойном мире всегда существует угроза случайного или преднамеренного распространения инсектицидов и нервно-паралитических газов, которые специалисты объединяют под названием фосфорорганические соединения.
Воздействие таких соединений на организм приводит к ингибированию в мозгу и диафрагме ацетилхолинестеразы – фермента, катализирующего гидролиз нейромедиатора ацетилхолина до холина и уксусной кислоты. Эта реакция необходима для дезактивации этого нейромедиатора и возврата нейрона в нормальное состояние после его активации.
В результате блокирования ацетилхолинэстеразы перевозбуждение нейронов приводит к так называемому холинергическому кризису: мышцы тела перестают реагировать на возбуждения, посылаемые с помощью ацетилхолина, что приводит к остановке дыхательной системы и параличу. Что случается с человеческим организмом в следующие несколько минут – догадаться несложно.
Для борьбы с отравлениями фосфорорганическими соединениями (ФОС) в настоящее время применяют различные антихолинергетические препараты и оксим – химическое соединение, способное реактивировать ацетилхолинестеразу, а также антиконвульсивное средство атропин. Подобные меры хоть и действенны в критической ситуации, однако могут привести к массе побочных эффектов, нарушающих работоспособность центральной нервной системы и не поддающихся лечению.
Поэтому усилия многих ученых направлены на разработку биологических молекул, нейтрализующих токсичные фосфорорганические соединения.
Например, бионейтрализаторы наподобие бутирилхолинэстеразы способны оказать положительный эффект, однако тот факт, что взаимодействовать с каждой молекулой ФОС способна ровно одна большая белковая молекула, заставляет продолжать поиски и разрабатывать каталитические белковые молекулы-нейтрализаторы.
Подобные химические агенты могут быть очень эффективны не только в случаях масштабного отравления в условиях боевых действий или террористических актов, но и для индивидуального лечения людей, случайно подвергшихся действию ФОС, используемых для борьбы с сорняками или насекомыми-вредителями, – пестицидов и инсектицидов. Они могут дезактивировать сотни тысяч токсичных молекул, вновь и вновь вступая в реакцию с ФОС, содержащимися в крови пострадавшего.
В качестве такого агента наиболее подходящим является человеческий фермент параоксоназа 1 (PON1), которая способна гидролизовать широкий круг соединений, в том числе и инсектицидные молекулы – параоксон, диазоксон и хлорпирифосоксон, а также боевые отравляющие вещества – зарин, зоман и VX.
Однако на пути подобного решения проблемы отравления ФОС стоит вопрос быстрого и масштабного синтеза большого числа высокоэффективных каталитических молекул PON1.
Профессор центра генетических исследований Университета американского штата Вашингтон Клемент Фурлонг заставил производить антидоты кишечную палочку.
В статье, опубликованной в последнем номере Proceedings of the National Academy of Sciences Фурлонг описал результаты экстракции натурального человеческого фермента PON1 из культуры Escherichia coli и тестирования фермента в предклинических испытаниях.
Фурлонг поступил на первый взгляд тривиально, попросту привив бактериям человеческий ген PON1Q192, ответственный за синтез фермента параоксоназы. Полученный таким образом фермент он внутривенно вводил мышам, полностью лишённым активности параоксоназы в крови.
Более двух суток фермент поддерживался в крови в концентрации, способной сохранить жизнь своим хозяевам при отравлении пестицидом диаксозоном в концентрации, втрое превышающей среднюю смертельную дозу.
Более того, Фурлонг не ограничился человеческой версией параоксоназы PON1R192. Модифицированный им катализатор rHuPON1K192, в котором в позицию 192-пептидной цепи первичной структуры фермента помещена аминокислота лизин, оказался значительно активнее «оригинала».
Работы Фурлонга, как можно догадаться из их специфики, не являются пионерскими, однако только ему удалось наладить выпуск антидота к сильнейшим отравляющим веществам с помощью бактерий E. coli. Неудачи, которые претерпевали одна за одной конкурирующие лаборатории, обусловлены сложностью подбора методики выращивания «антидотоносных» бактерий: необходимо не только тщательно подобрать питательную среду для них, но и терпеливо дожидаться роста и размножения культуры при пониженной для этих микробов температуре в 37о С.
Фурлонгу всё это удалось. Остается надеяться, что разработанная американским профессором методика производства антидотов нам и нашим близким никогда не понадобится.
