Хризантему научили синтезировать лекарство от малярии, наделив ее генами полыни

Ученые перенесли гены полыни в хризантему, чтобы получить первое отечественное лекарство от малярии. Трансгенные растения будут отличаться высоким содержанием природного антибиотика артемизинина, который играет в наши дни основную роль в лечении малярии. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты опубликованы в журнале Plants, кратко о них рассказывается в пресс-релизе РНФ.

Малярия угрожает едва ли не половине населения мира. Ее возбудители — это одноклеточные паразиты плазмодии, передаваемые человеку при укусах малярийных комаров. Попадая с кровотоком в клетки печени и размножаясь в ней, плазмодии вызывают приступы лихорадки, острую печеночную и почечную недостаточность, анемию, увеличение внутренних органов и токсический шок. Более сложная форма заболевания приводит к отеку легких и малярийной коме. В последнее время из-за миграции населения устойчивые очаги малярии всё чаще регистрируются в Московской области и на Кавказе. Ученые предполагают, что наблюдающееся потепление климата только ускорит распространение малярии в России, так как увеличится период эффективной заражаемости комаров.

При заражении тропической малярией нужны препараты, содержащие артемизинин — природный антибиотик, получаемый из однолетней полыни (историю открытия этого лекарства можно узнать из отдельного очерка). Но в России до сих пор не производятся ни артимизинин, ни какие-либо другие антималярийные средства: для лечения выписываются только зарубежные аналоги. Даже за границей используют препарат из дикорастущих растений, а массового производства нет. Ученые Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова (ИБХ) РАН предложили производить артемизинин альтернативным методом: в лабораторных условиях, при помощи генетической инженерии.

«Большинство современных лекарств содержат в качестве действующих агентов вещества, которые либо сами, либо их предшественники были когда-то выделены из растений. Вытяжка из полыни действительно работает, но сам однолетник растет в каменистой, степной местности и в других климатических условиях его очень мало. Поэтому чтобы получить лекарственное вещество в объемах, достаточных для широкого производства, нужно сосредоточиться на современных методах молекулярной биологии», — рассказал Сергей Долгов, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор биологических наук, заведующий лабораторией экспрессионных систем и модификации генома растений ИБХ РАН.

Основная идея авторов заключается в том, чтобы перенести гены метаболического пути (ряда реакций биосинтеза) артемизинина полыни в другое растение-хозяин. Таким образом получится увеличить количество вещества в несколько раз. В среднем содержание лечебного вещества в полыни составляет не более 1 % от сухой массы листьев, а для масштабного клинического производства этого недостаточно.

Для генетической модификации ученые использовали хризантему садовую, которая отличается естественно высоким содержанием терпеноидов и их предшественников — биологически активных природных соединений, обладающих широким спектром лекарственных свойств. Это делает хризантему перспективной платформой для получения артемизинина. Благодаря пересаженным генам, отвечающим за развитие нужного признака, лекарственное вещество будет производиться в хлоропластах, следовательно, во всем листе. Полынь же вырабатывает артемизинин только в трихомах — волосковых клетках, покрывающих поверхность листа, отсюда и низкий выход.

В лаборатории профессора Александра Вайнштейна из Еврейского университета Иерусалима — соавтора исследования — уже выделили четыре гена: ADS, CYP71AV1, DBR2 и CPR. Все они кодируют ферменты метаболического пути биосинтеза лекарственного вещества. После того как их «пересадят» в новую среду и добавят дополнительные гены, ожидается повышение уровня накопления артемизинина до коммерчески пригодного.

Биологи проанализировали работу всех целевых генов независимых трансгенных линий. Для этого они превратили молекулы РНК в одноцепочечную взаимодополняющую ДНК и сделали большое количество ее копий (провели полимеразную цепную реакцию с обратной транскрипцией). Сейчас первые успешно выведенные генетически модифицированные хризантемы выращиваются в теплице для следующего этапа научных исследований. Присутствие артемизинина в них подтверждается тонкослойной и высокоэффективной жидкостной хроматографией (одним из самых точных методов разделения и анализа сложных смесей).

Теперь биологам предстоит повысить уровень накопления артемизинина в полученных растениях и разработать эффективный протокол его выделения, а также изучить действие антималярийного вещества на лабораторных животных.