Неделя

В последние годы мир сотрясают эпидемии всё новых вирусов. Причём страдают от этих «невидимых атак» не только люди, но и животные. А каково это: сделать прививки, например, сотням тысяч кур на современной птицефабрике? Можно ли упростить эту весьма сложную, трудоёмкую и отнюдь не дешёвую процедуру? Оказывается, да. С помощью так называемых «съедобных вакцин» – трансгенных растений, вырабатывающих антигены.

О том, что генная инженерия действительно помогает создавать инновационную продукцию для медицины и ветеринарии, можно убедиться на примере лаборатории «Станция искусственного климата «Биотрон» филиала Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова (ИБХ) РАН (Пущино).

Биологически активные вещества, в том числе белковой природы, могут синтезироваться в бактериях и дрожжах. Технология микробиологического синтеза различных белков до сих пор является основной, но недешёвой. Проще и на порядок дешевле вырастить, скажем, рапс или картофель, содержащие целевой белок. Конечно, трансгенные растения должны культивироваться в особых условиях. Для этого, как правило, используют теплицы. Но и в поле нераспространение семенного материала и пыльцы надёжно обеспечивается классическими методами, десятилетиями используемыми в семеноводстве различных сельскохозяйственных культур. Активно разрабатываются и новые методы, предотвращающие распространение трансгенов. Например, получают растения с цитоплазматической мужской стерильностью, которые не образуют пыльцы. Учитывая дороговизну биологически активных веществ, затраты на выращивание трансгенных растений в теплицах или поле пренебрежимо малы.

– Принцип создания нужных генетических конструкций довольно прост для специалистов, – рассказывает старший научный сотрудник, кандидат биологических наук Алексей Фирсов. – Ген, в котором закодирован синтез определённого вещества, переносится в растение. Экспрессию, или наработку этого вещества, можно «запрограммировать» в любом органе (листьях, стеблях, плодах, семенах), или во всем растении. Получение в растениях различных биологически активных веществ, в первую очередь белков, называется биофармингом. Это направление активно развивается последние 10-15 лет.

В Пущинском филиале ИБХ под Москвой биофармингом занимаются почти десять лет. Начинали со сверхсладкого белка тауматин II, который в три тысячи раз слаще сахара. Впервые он был получен из плодов растения Thaumatococcus daniellii, произрастающего в западной Африке. Эти плоды туземцы испокон веков использовали в пищу и при изготовлении напитков.

В США и странах Евросоюза тауматин II стали использовать более десяти лет назад в виде очищенного белка либо порошка из сушёного, толчёного экзотического плода. Он стал заменителем сахара растительного происхождения, наряду с синтетическими аналогами, такими как цикломат, аспартам. В списке разрешённых пищевых добавок имеет индекс Е957. Проблема широкого применения сверхсладкого белка - в недостаточном урожае экзотических африканских плодов. Поэтому в 90-х годах прошлого века некоторые зарубежные лаборатории стали заниматься наработкой тауматина II в бактериях и дрожжах. Были даже достигнуты прорывные результаты. Но затем всё неожиданно стихло, никакой информации в научной литературе не появлялось. Вполне возможно, что технологию получения тауматина II перевели в разряд «ноу-хау», а значит - засекретили.

В «Биотроне» ген тауматина II, предоставленный международной компанией «Юнилевер», перенесли в обычные томаты. После многолетней работы были получены растения с приторно-сладкими плодами, которые можно есть, сушить, измельчать или экстрагировать из них чистых белок. Употреблять эти томаты могут больные диабетом, а также те, кто использует низкокалорийную диету – спортсмены, люди, страдающие ожирением. К тому же, в отличие от химических подсластителей, тауматин II практически безвреден. Однако в России сверхсладкого белка нет в продаже. И в ближайшее время не планируется выращивание трансгенных томатов в промышленных масштабах из-за отсутствия заинтересованных лиц или компаний. Потребителями пока могут быть только селекционеры.

Три года назад сотрудники «Биотрона» стали работать над новым перспективным проектом по созданию съедобных вакцин. В мире это направление интенсивно развивается с начала 2000-х. При появлении в организме вируса иммунная система распознаёт его благодаря имеющимся в нём белковым веществам – антигенам. Такие антигены можно вводить в организм с помощью инъекций, а также закапывая в слизистую рта, носа. Ещё один способ доставки антигенов – через кишечный тракт (так называемые «съедобные» вакцины).
 
Съедобная вакцина, которую вырабатывают растения, очень удобна. Лёгкость её использования неоценима в ветеринарии и животноводстве. Скажем, привить диких зверей от бешенства, других опасных заболеваний можно только с помощью вкусной приманки. И чтобы такая приманка была эффективна, антигенов в ней должно содержаться много. Если они получены традиционным способом, то вакцина получается чрезвычайно дорогой. А растения могут «производить» очень большое количество антигенов, затраты минимальны. В мире «выращивают» вакцины от самых разных недугов птиц, поросят, крупного рогатого скота. Разрабатываются такие вакцины и от гепатита для людей.
 
Под руководством заведующего лабораторией, кандидата сельскохозяйственных наук Сергея Долгова в «Биотроне» сейчас создаётся вакцина против гриппа птиц. Это очень опасная инфекция, постоянно циркулирующая в популяциях диких и домашних птиц. Регулярные локальные вспышки этой инфекции ведут к большим потерям в птицеводческих хозяйствах. Один из путей их предотвращения – вакцинация поголовья домашних птиц, для этого требуется большое количество недорогой, эффективной вакцины. Совместно с сотрудниками НИИ гриппа (Санкт-Петербург) подобраны антигены, наиболее оптимальные для экспрессии в растениях, и синтезированы соответствующие гены. Затем их перенесли в растения. Тестовой моделью был табак, на нём проверялись генетические конструкции. Основным же продуцентом необходимых веществ будет ряска малая. Она очень удобна в работе и применении. Её среда обитания – пресная вода, она способна к фотосинтезу. Легко культивируется в ферментерах (биореакторах) в полностью контролируемых условиях. С позиции биобезопасности этот подход самый надёжный. К тому же, ряска быстро растёт, вырабатывает много белка. В юго-восточной Азии её выращивают целенаправленно как кормовую культуру, которую с удовольствием поедают свиньи и птицы. Сейчас ведётся работа по оценке методами молекулярной биологии уровня накопления целевого антигена, отбор и изучение наиболее перспективных линий. После испытаний биомассу этих растений можно будет добавлять в корм птицам – в высушенном или замороженном виде.

В планах учёных использование для биофарминга других белков медицинского назначения. Например, совместно с головной организацией, Институтом биоорганической химии РАН, начаты работы по экспрессии в рапсе – ценной масличной культуре – пептидных антибиотиков нового поколения.
 

Фирюза Янчилина