В последние годы достижения в области биотехнологий и химической инженерии открывают новые горизонты в лечении раковых заболеваний. Недавняя работа исследователей из Пенсильванского университета стала настоящим прорывом в поиске новых лекарств на основе природных соединений. Группа под руководством профессора Шерри Гао смогла превратить изначально опасный и токсичный гриб Aspergillus flavus в источник инновационного противоракового препарата. Этот микроорганизм ранее был известен своей связью с летальными случаями, связанными с археологическими раскопками, и считался серьезной угрозой для здоровья, однако теперь он открывает путь к новым перспективам онкологии. Aspergillus flavus – грибок, выделяющийся жёлтыми спорообразующими клетками, с давних времён считался вредоносным возбудителем.
Легенды о проклятии фараонов, возникавшие после открытия гробницы Тутанхамона и последующих загадочных смертей археологов, возможно, имели основания на биологическом уровне – спор грибка могли вызывать тяжелые инфекционные заболевания. Более того, в 1970-х годах массовая гибель ученых, исследовавших гробницу Казимира IV в Польше, была связана с присутствием именно этого грибка, чьи токсины опасны для людей со сниженным иммунитетом. Однако, современная наука развенчала негативный образ Aspergillus flavus, обратив внимание на его биохимический потенциал. Учёные обнаружили в нем новый класс рибосомно синтезируемых и посттрансляционно модифицируемых пептидов, известных как RiPPs. Этот тип соединений синтезируется с помощью рибосом – клеточных фабрик по производству белков – а далее подвергается сложным химическим изменениям, что придаёт им уникальные биологические свойства.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Chemical Biology, описывает процесс идентификации, очистки и модификации нескольких новых RiPPs из Aspergillus flavus, которые получили название асперигимицины. Характерной особенностью этих молекул является сложная структура, содержащая множество переплетённых циклических колец, обеспечивающих высокую биологическую активность. Особый интерес вызвало то, что несколько из этих молекул показали значительную эффективность в борьбе с лейкемическими клетками человека. Отдельный вариант асперигимицинов был дополнительно модифицирован присоединением липидной группы, наподобие тех, что содержатся в пчелином маточном молочке. Эта модификация значительно повысила способность лекарства проникать внутрь раковых клеток, благодаря взаимодействию с геном SLC46A3, играющим ключевую роль в транспортировке веществ через мембраны и выходе из лизосом – клеточных органов, ответственных за переработку чужеродных молекул.
Эффективность липид-модифицированных асперигимицинов сравнивается с мощными и давно применяемыми препаратами, такими как цитарабин и даунорубицин, что открывает новые перспективы их применения в терапии лейкемии с потенциально меньшими побочными эффектами благодаря специфичному действию. Помимо этого, изучение генетической базы грибка позволило установить инновационный метод поиска новых RiPPs: сочетание анализа метаболических профилей различных штаммов Aspergillus с выключением определённых генов обеспечивает целенаправленное выявление биохимически активных пептидных структур. За счёт этого подхода возможно значительно расширить ассортимент потенциально полезных соединений из природных источников. Разработка и исследование асперигимицинов – яркое подтверждение силы природных соединений в борьбе с онкологическими заболеваниями. Они нарушают процесс деления раковых клеток, блокируя образование микротрубочек, необходимых для правильного распределения хромосом и деления клеток.
Избирательность действия на лейкемические клетки с минимальным воздействием на другие типы тканей делает асперигимицины особенно привлекательными для дальнейшего развития терапевтических препаратов. Успехи учёных Пенсильванского университета поднимают вопросы дальнейшего применения грибковых RiPPs в медицине. Поскольку генетические кластеры, ответственные за их синтез, обнаружены у других видов грибов, возможно открытие целого класса новых лекарств с разнообразным механизмом действия. Следующие этапы исследований включают тестирование асперигимицинов на животных моделях и последующие клинические испытания на людях, что позволит оценить эффективность и безопасность препаратов в реальных условиях. Этот научный прогресс напоминает об исторической роли грибов, которые подарили человечеству пенициллин – первое антибиотическое средство мирового масштаба, и подчеркивает огромный скрытый потенциал природных биомолекул.
Полученные знания расширяют горизонты биоразработок и невероятных возможностей инженерии природных химических соединений. Помимо улучшения методов лечения рака, данный проект способствует развитию направлений синтетической биологии, биоинформатики и инженерии живых систем. Комбинация генетических, биохимических и биотехнологических методов открывает путь к созданию высокоэффективных и целенаправленных лекарств, которые изменят подход к терапии сложных заболеваний. Открытие грибковых RiPPs и асперигимицинов является ярким примером того, как пересечение разных научных дисциплин и использование передовых технологий может вызывать настоящий переворот в медицине. Этот прорыв открывает дорогу для новых форм лекарств, созданных благодаря глубокому пониманию природы и стремлению поставить ее на службу человечеству.
В целом, исследование Пенсильванского университета символизирует новую эру биомедицинских исследований, где медицина все больше обращается к природным источникам для создания инновационных и эффективных терапевтических решений, способных изменить судьбы миллионов пациентов по всему миру.
