Иммун­ная систе­ма чело­ве­ка пред­став­ля­ет собой одну из наи­бо­лее слож­ных и эффек­тив­ных защит­ных систем в при­ро­де. Еже­днев­но она отра­жа­ет ата­ки мно­го­чис­лен­ных пато­ге­нов, исполь­зуя арсе­нал высо­ко­спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ных инстру­мен­тов. Одним из наи­бо­лее мощ­ных, но дол­гое вре­мя оста­вав­ших­ся загад­кой ком­по­нен­тов этой систе­мы явля­ет­ся фер­мент випе­рин (RSAD2). Недав­нее иссле­до­ва­ние уче­ных из Уни­вер­си­те­та Бри­тан­ской Колум­бии про­ли­ло свет на фун­да­мен­таль­ный меха­низм его рабо­ты, обна­ру­жив, что в осно­ве кон­тро­ля над раз­ру­ши­тель­ны­ми сила­ми иммун­но­го отве­та лежат тон­кие кван­то­вые прин­ци­пы. Это откры­тие не толь­ко меня­ет пони­ма­ние рабо­ты врож­ден­но­го имму­ни­те­та, но и созда­ет пред­по­сыл­ки для рево­лю­ци­он­ных раз­ра­бо­ток в фар­ма­цев­ти­ке и биотехнологиях.

Виперин

Неиз­вест­ный сол­дат врож­ден­но­го иммунитета

Випе­рин отно­сит­ся к клас­су интер­фе­рон-инду­ци­ру­е­мых генов. Его экс­прес­сия рез­ко воз­рас­та­ет в ответ на вирус­ную инфек­цию, что дела­ет его клю­че­вым игро­ком в пер­вой линии обо­ро­ны орга­низ­ма. Мно­го­чис­лен­ные иссле­до­ва­ния под­твер­ди­ли его эффек­тив­ность про­тив широ­ко­го спек­тра виру­сов, вклю­чая ВИЧ-1, вирус гепа­ти­та С, вирус Запад­но­го Нила, раз­лич­ные штам­мы грип­па и воз­бу­ди­тель кле­ще­во­го энце­фа­ли­та. Уни­каль­ность випе­ри­на заклю­ча­ет­ся в его меха­низ­ме дей­ствия. В отли­чие от анти­тел, кото­рые спе­ци­фи­че­ски свя­зы­ва­ют­ся с мише­ня­ми, или кле­ток-кил­ле­ров, уни­что­жа­ю­щих зара­жен­ные эле­мен­ты, випе­рин дей­ству­ет на моле­ку­ляр­ном уровне, про­ду­ци­руя высо­ко­ак­тив­ные моле­ку­лы — сво­бод­ные радикалы.

Сво­бод­ные ради­ка­лы, в част­но­сти, ради­ка­лы кис­ло­ро­да, обла­да­ют высо­кой реак­ци­он­ной спо­соб­но­стью. Они спо­соб­ны повре­ждать липи­ды, бел­ки и нук­ле­и­но­вые кис­ло­ты, что дела­ет их эффек­тив­ным ору­жи­ем про­тив вирус­ных частиц, чья струк­ту­ра нару­ша­ет­ся при кон­так­те с ними. Одна­ко здесь же кро­ет­ся и основ­ная про­бле­ма. Сво­бод­ные ради­ка­лы по сво­ей при­ро­де неспе­ци­фич­ны и неустой­чи­вы. Будучи выпу­щен­ны­ми в кле­точ­ное про­стран­ство, они могут нане­сти непо­пра­ви­мый ущерб и здо­ро­вым кле­точ­ным ком­по­нен­там, запус­кая про­цес­сы окис­ли­тель­но­го стрес­са, кото­рые свя­зы­ва­ют с вос­па­ле­ни­ем, ста­ре­ни­ем и даже онко­ло­ги­че­ски­ми заболеваниями.

Разгадка десятилетия

Элек­тро­ста­ти­че­ский кон­троль вме­сто физи­че­ской клетки

Уче­ные созда­ли высо­ко­точ­ную модель фер­мен­та випе­ри­на в ком­плек­се с его суб­стра­том и про­дук­том реак­ции. Резуль­та­ты симу­ля­ции ока­за­лись неожи­дан­ны­ми. Ранее суще­ство­ва­ла гипо­те­за, что фер­мент может удер­жи­вать ради­кал в замкну­том про­стран­стве сво­е­го актив­но­го цен­тра, изо­ли­руя его от кле­точ­ной сре­ды до момен­та кон­так­та с виру­сом. Ока­за­лось, что випе­рин кон­тро­ли­ру­ет смер­то­нос­ный ради­кал не с помо­щью физи­че­ско­го барье­ра, а посред­ством крайне сла­бой, но неве­ро­ят­но точ­ной элек­тро­ста­ти­че­ской силы. Фер­мент созда­ет вокруг моле­ку­лы ради­ка­ла спе­ци­фи­че­ское элек­тро­ста­ти­че­ское поле. Это поле дей­ству­ет как неви­ди­мая рука, кото­рая мяг­ко, но уве­рен­но удер­жи­ва­ет ради­кал в опре­де­лен­ной ори­ен­та­ции и поло­же­нии в тече­ние крайне корот­ко­го про­ме­жут­ка вре­ме­ни — бук­валь­но долей секун­ды. Это­го мимо­лет­но­го момен­та ста­биль­но­сти доста­точ­но для того, что­бы ради­кал всту­пил в запла­ни­ро­ван­ную реак­цию с вирус­ной мише­нью, будучи направ­лен­ным точ­но в цель.

Про­фес­сор Хос­сейн Хали­ли­ан, соав­тор иссле­до­ва­ния, ком­мен­ти­ру­ет: “Мы деся­ти­ле­ти­я­ми зна­ли, что дан­ный фер­мент про­ду­ци­ру­ет сво­бод­ные ради­ка­лы для борь­бы с инфек­ци­ей. Одна­ко мы даже не пред­по­ла­га­ли, что клю­че­вую роль в этом про­цес­се игра­ет столь тон­кий кван­то­вый меха­низм кон­тро­ля. Это при­мер высо­чай­шей эво­лю­ци­он­ной опти­ми­за­ции, когда для управ­ле­ния одной из самых агрес­сив­ных сил в био­хи­мии исполь­зу­ет­ся мини­маль­ное, пре­ци­зи­он­ное воздействие”.

Квантовая революция в иммунологии

Это откры­тие пере­во­ра­чи­ва­ет тра­ди­ци­он­ные пред­став­ле­ния о фер­мен­та­тив­ном ката­ли­зе. Если рань­ше счи­та­лось, что кон­троль над реак­ци­ей дости­га­ет­ся в основ­ном за счет сте­ри­че­ско­го соот­вет­ствия, то теперь ста­но­вит­ся ясно, что элек­тро­ста­ти­че­ские вза­и­мо­дей­ствия могут играть не менее, если не более важ­ную роль в управ­ле­нии высо­ко­энер­ге­ти­че­ски­ми пере­ход­ны­ми состо­я­ни­я­ми молекул.

Практическое значение

Для меди­ци­ны и биотехнологий

Пони­ма­ние фун­да­мен­таль­ных меха­низ­мов рабо­ты при­род­ных систем откры­ва­ет бес­пре­це­дент­ные воз­мож­но­сти для при­клад­ной нау­ки. Откры­тие кван­то­во­го кон­тро­ля в рабо­те випе­ри­на име­ет несколь­ко клю­че­вых направ­ле­ний для прак­ти­че­ско­го применения.

Раз­ра­бот­ка про­ти­во­ви­рус­ных пре­па­ра­тов ново­го поколения.

Совре­мен­ные про­ти­во­ви­рус­ные сред­ства часто наце­ле­ны на кон­крет­ные бел­ки виру­сов. Одна­ко виру­сы мути­ру­ют, изме­няя струк­ту­ру этих бел­ков, что при­во­дит к раз­ви­тию рези­стент­но­сти к лекар­ствам. Под­ход, осно­ван­ный на акти­ва­ции или уси­ле­нии есте­ствен­но­го меха­низ­ма дей­ствия випе­ри­на, мог бы быть уни­вер­саль­ным. Вме­сто того что­бы ата­ко­вать кон­крет­ный вирус, мож­но было бы “воору­жить” клет­ки паци­ен­та спо­соб­но­стью более эффек­тив­но уни­что­жать любые чуже­род­ные эле­мен­ты. Это осо­бен­но акту­аль­но для борь­бы с новы­ми, воз­ни­ка­ю­щи­ми виру­са­ми, про­тив кото­рых раз­ра­бот­ка спе­ци­фи­че­ских пре­па­ра­тов тре­бу­ет мно­го времени.

Созда­ние пре­ци­зи­он­ных ката­ли­за­то­ров для биотехнологий.

Прин­цип элек­тро­ста­ти­че­ско­го кон­тро­ля над реак­ци­он­но­спо­соб­ны­ми моле­ку­ла­ми может быть пере­не­сен в область про­мыш­лен­ной био­тех­но­ло­гии. Инже­не­ры смо­гут про­ек­ти­ро­вать син­те­ти­че­ские фер­мен­ты (био­ка­та­ли­за­то­ры) для про­ве­де­ния крайне слож­ных хими­че­ских реак­ций с высо­чай­шей сте­пе­нью селек­тив­но­сти. Это най­дет при­ме­не­ние в син­те­зе фар­ма­цев­ти­че­ских суб­стан­ций, где часто необ­хо­ди­мо полу­че­ние толь­ко одной из несколь­ких воз­мож­ных зер­каль­ных изо­мер­ных форм моле­ку­лы (энан­тио­ме­ров), что явля­ет­ся слож­ной и доро­го­сто­я­щей зада­чей для тра­ди­ци­он­ной химии.

Новые стра­те­гии в иммуноонкологии.

Один из пер­спек­тив­ных под­хо­дов в лече­нии рака заклю­ча­ет­ся в «раз­бло­ки­ро­ва­нии» соб­ствен­но­го иммун­но­го отве­та орга­низ­ма про­тив опу­хо­ле­вых кле­ток. Пони­ма­ние того, как мож­но локаль­но акти­ви­ро­вать мощ­ные про­ти­во­ви­рус­ные меха­низ­мы, такие как путь випе­ри­на, для изби­ра­тель­но­го уни­что­же­ния рако­вых кле­ток, пред­став­ля­ет зна­чи­тель­ный инте­рес. Тео­ре­ти­че­ски, мож­но раз­ра­бо­тать тера­пию, кото­рая бы направ­ля­ла окис­ли­тель­ный стресс стро­го в гра­ни­цы опу­хо­ли, мини­ми­зи­руя систем­ные побоч­ные эффекты.

Статистика и актуальность проблемы

Важ­ность раз­ра­бот­ки новых про­ти­во­ви­рус­ных стра­те­гий слож­но пере­оце­нить. По дан­ным Все­мир­ной орга­ни­за­ции здра­во­охра­не­ния (ВОЗ), на вирус­ные инфек­ции дыха­тель­ных путей, вклю­чая грипп, еже­год­но при­хо­дит­ся мил­ли­о­ны тяже­лых слу­ча­ев забо­ле­ва­ния по все­му миру. Пан­де­мия COVID-19 нагляд­но про­де­мон­стри­ро­ва­ла уяз­ви­мость гло­баль­но­го сооб­ще­ства перед новы­ми виру­са­ми. Несмот­ря на успе­хи в вак­ци­но­ло­гии, ско­рость появ­ле­ния новых штам­мов тре­бу­ет нали­чия уни­вер­саль­ных средств тера­пии. Что каса­ет­ся онко­ло­ги­че­ских забо­ле­ва­ний, то, по инфор­ма­ции Меж­ду­на­род­но­го агент­ства по изу­че­нию рака (IARC), в 2022 году было заре­ги­стри­ро­ва­но более 20 мил­ли­о­нов новых слу­ча­ев рака. Рынок про­ти­во­опу­хо­ле­вых пре­па­ра­тов явля­ет­ся одним из круп­ней­ших и наи­бо­лее дина­мич­но рас­ту­щих, а мето­ды имму­но­те­ра­пии пока­зы­ва­ют выда­ю­щи­е­ся резуль­та­ты в лече­нии неко­то­рых видов опу­хо­лей, под­чер­ки­вая потен­ци­ал под­хо­дов, осно­ван­ных на акти­ва­ции соб­ствен­но­го иммунитета.

Иссле­до­ва­ние уче­ных из Уни­вер­си­те­та Бри­тан­ской Колум­бии выхо­дит дале­ко за рам­ки фун­да­мен­таль­но­го откры­тия в био­хи­мии. Оно демон­стри­ру­ет, как тон­кие кван­то­вые эффек­ты лежат в осно­ве рабо­ты одной из клю­че­вых систем защи­ты чело­ве­че­ско­го организма.

Tags:
, ,

Похожие посты