Проверку лекарств-кандидатов поставили на конвейер

Физики разработали метод конвейерной проверки взаимодействия действующих веществ потенциальных лекарств с «мишенями» — соответствующими ферментами, что значительно ускорит процесс разработки новых препаратов. Результаты работы опубликованы в журнале IUCrJ.

Поиск тех ферментов организма, на которые можно воздействовать с помощью лекарственных средств, ускоряя или замедляя их работу, — одна из важных задач современной медицины. Для того, чтобы определить, как именно на фермент будет действовать конкретное лекарственное вещество, нужно точно знать структуру активного центра фермента и динамику связывания.

Обычно данные о кристаллической структуре белка получают с помощью рентгеновской кристаллографии, и для того, чтобы исследовать реакционную способность белков, ученым нужно получать довольно большие кристаллы, в структуру которых уже входит интересующий их лиганд, и охлаждать их до довольно низкой температуры. Такая процедура не дает возможности исследовать взаимодействие белка с лигандом при температуре тела, кроме того вырастить кристалл белка необходимого размера не всегда просто.

Чтобы упростить и ускорить анализ структуры ферментов и их взаимодействия с лекарственными веществами, физики из Германии, Швеции, Британии, Норвегии и США под руководством Кеннета Байерляйна (Kenneth Beyerlein) из научно-исследовательского центра DESY («Немецкий электронный синхротрон») разработали новый конвейерный метод. Ученые смешивали в микроканале суспензию микрокристаллов белка с раствором лиганда, после чего эта смесь наносилась на движущуюся полиамидную ленту. При этом кристаллы белка настолько маленькие, что лиганд за счет диффузии сам добирается до его активного центра, с которым он должен связаться. Лента переносит реакционную смесь в зону облучения короткими рентгеновскими импульсами, с помощью которых структуру комплекса белок-лиганд можно исследовать прямо в процессе его образования.

Для проверки предложенного метода ученые исследовали взаимодействие лизоцима (фермента, который используется в организме животных в качестве антибактериального агента) с хитотриазой (естественным олигосахаридом, который ингибирует действие лизоцима).

Ученые отмечают, что предложенный метод позволяет получать очень точную информацию как о структуре активного центра фермента, так и о динамике образования связи (современные детекторы могут записывать более тысячи сигналов в секунду). Кроме того, изменяя геометрию микроканалов, в которых происходит смешивание компонентов, и скорость их потоков, можно изменять время начала взаимодействия. В предложенной физиками конфигурации облучать смесь рентгеновскими импульсами можно уже через 2 секунды после смешивания.

Кроме того, предложенный метод не требует охлаждения до низких температур. Поэтому можно исследовать систему, которая находится при температуре человеческого тела, и следить за протекающей реакцией в реальном времени. Авторы работы предполагают, что для исследования структуры активных центров ферментов и подбора необходимых лекарственных веществ такой метод может эффективно использоваться уже сейчас. В будущем его эффективность может повыситься за счет увеличения точности и скорости отдельных его компонентов.

Для определения трехмерной структуры белка, с которым должно связываться лекарство, сейчас используют довольно большое количество различных методов. Криоэлектронная микроскопия уже стала общепризнанным и широко распространенным методом, но существуют и другие методы, например, восстановление трехмерной структуры по двумерному изображению с помощью машинного обучения.

Александр Дубов