Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) разработали инновационный метод контроля качества определенных медикаментов. Суть метода заключается в присоединении специальной «молекулы-шпиона» к белкам в составе лекарственных средств. Эта молекула подает сигнал при любых структурных изменениях белка, что позволяет оценить его пригодность. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Biophysical Chemistry.
Как пояснили исследователи СФУ, белки представляют собой сложные макромолекулы, построенные из последовательно соединенных аминокислот. Их биологическая функция тесно связана с уникальной трехмерной формой, или «укладкой», этой цепи. Активность белков в живых системах зависит от физических характеристик их поверхностей и внутренних полостей, таких как электрический заряд.
В университете подчеркивают, что нарушение естественной пространственной конфигурации белка приводит к потере его функциональности в организме. Евгения Слюсарева, профессор базовой кафедры фотоники и лазерных технологий СФУ, сравнила использование таких поврежденных белков в лекарствах с попыткой открыть замок деформированным ключом, что может иметь серьезные негативные последствия для здоровья.
Разработанная университетскими специалистами система предназначена для обнаружения таких «деформированных ключей» как в медицинских препаратах, так и в косметической продукции. Принцип работы основан на применении специальной присоединенной «метки-шпиона», которая меняет свое свечение в зависимости от состояния и физических характеристик структуры белка.
«Мы создали метод надежного закрепления этой метки на поверхности различных типов белков – от транспортных до антибактериальных, а также на белках, ответственных за биолюминесценцию некоторых бактерий,» — пояснила Слюсарева. — «Если биологически активная молекула начинает разрушаться, `молекула-шпион` изменяет свое свечение. Применение такого препарата не только сделает его неэффективным, но может и нанести вред, подобно поломке замка дефектным ключом.»
Ученый отметила, что проверка лекарственного средства на пригодность осуществляется in vitro, то есть в лабораторных условиях, а не непосредственно в живом организме. Молекула-шпион, флуоресцеин, прочно связывается с белком ковалентной связью. Функциональное состояние белка оценивается по нескольким параметрам свечения, включая его яркость и спектральные характеристики.
«Флуоресцеин не просто адсорбируется на поверхности белка; он фиксируется на нем прочной, подобно пришитой пуговице, связью,» — образно описала профессор. — «Наша технология позволяет присоединять такие `пуговицы` к белкам различных размеров, не нарушая их естественную структуру. Это означает, что метка безопасна и универсальна для применения с разнообразными белковыми соединениями.»
В перспективе исследователи намерены адаптировать эту технологию для присоединения молекулы-шпиона к другим важным биологическим молекулам, а также к более сложным структурам, таким как раковые клетки.
Данное исследование было проведено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.
