Вирусы и бактерии имеют не лучшую репутацию. Мы знаем их как таковых, что причиняет вред и страдания, приводит к множеству болезней и даже к летальному исходу. Мы стараемся избежать любого возможного контакта с некоторыми типами вирусов и бактерий, но разумное их использование может позволить нам избавиться от некоторых заболеваний.
Два лауреата Нобелевской премии 2018 года в области химии и биохимии Джордж Смит и сэр Грегори Винтер нашли способ использовать естественные эволюционные процессы для того, чтобы производить новые протеины. Подобным образом другой нобелевский лауреат, Фрэнсис Арнольд, использовал направленную эволюцию для создания новых энзимов. Эти методы позволяют создать новые медицинские препараты. И все благодаря тому, что называется «фагов дисплей» (лабораторный метод изучения ДНК и белков).
Все вирусы представляют собой относительно простые организмы, состоящие из небольшого количества генетического материала, находящегося под протеиновым покрытием. Они размножаются и распространяются посредством проникновения в живую клетку и внедрения в нее своего генетического материала.
Бактериофаги, также называемые просто фагами, представляют собой тип вируса, который врывается и растет внутри бактерии или археи. Фаги используются в различных исследованиях и производствах, включая создание новых лекарств и улучшения здоровья людей. Благодаря им были созданы антибиотики, методы диагностики инфекций и даже уничтожения болезнетворных бактерий.
Еще в 1980-х годах Джордж Смит нашел способ поместить протеины (точнее, части протеинов, называемые пептидами) на поверхности бактериофагов, чтобы быстро создавать копии этих протеинов и затем отбирать подходящие для выполнения специфических задач.
Вводя ответственный за протеин ген в часть генетического кода фага, которая отвечала за создание защитного покрытия, удалось обмануть фаг и заставить его включить этот протеин в процессы создания оболочки. Фаг затем показывал этот протеин на оболочке подобно маленькому флагу, создавая «фагов дисплей».
Этот метод позволил быстро создавать огромные библиотеки различных пептидов, включая различные гены бактериофагов. Поскольку фаги растут в бактерии, то бактерии, которые быстро размножаются, позволяли производить большое количество бактериофагов. Некоторые из этих пептидов нашли применение в создании новых лекарств.
Команда Грегори Винтера пошла дальше по пути к созданию антител, которые можно будет использовать в качестве средства для лечения болезней. Человеческая иммунная система производит сотни тысяч различных антител для борьбы с различными заболеваниями, и ученые задались целью использовать антитела в качестве основы новой фармацевтики.
Антитело – это протеин особой формы, который предназначен для борьбы с конкретным возбудителем заболевания. Именно форма определяет способность антител плотно прикрепиться к возбудителю и затем уничтожить его.
Винтер начал использовать технологию «фагового дисплея» для того, чтобы создавать искусственные антитела. Он вводил генетические инструкции для создания антител в генетический код фага, и тот создавал компоненты антитела на своей оболочке. Вводя различные генетические инструкции для антител, была получена огромная и разнообразная их коллекция.
Следующим этапом было найти фаги с антителами, которые лучше поражают цель. Целью мог быть другой протеин или участок ДНК, принадлежащий к возбудителю человеческой болезни. Винтер использовал эту цель для того, чтобы определить фаги с наиболее эффективными антителами.
Повторив цикл несколько раз, отсеивая неудачные варианты фагов, он получил антитела, которые, благодаря своей форме, прочно прикреплялись к своим целям и, таким образом, могли служить основой для новых лекарств. Технология, созданная Смитом и Винтером, может в будущем привести к появлению множества различных медицинских препаратов, и тогда можно забыть об отторжении пересаженных органов и таких заболеваниях, как сибирская язва и болезнь Альцгеймера.