Китайские биологи превратили обычный посевной рис в белковую "фабрику", производящую альбумин - основной белковый компонент человеческой крови, разработали технологию извлечения этого белка из этого "биореактора" и опубликовали свои выводы в статье в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .
Альбумин - это основной белок крови, вырабатываемый в печени человека. Он обладает транспортными свойствами, доставляя до органов и тканей жирные кислоты и некоторые лекарства. На настоящий момент альбумин, применяющийся в медицинских целях, выделяется из донорской крови. Как отмечают ученые, пациент может получить вместе с сывороткой крови все вирусы, которые прятались в ней, в том числе возбудители гепатита и ВИЧ, что неоднократно случалось на практике.
Группа ученых под руководством Дайчана Яна (Daichang Yang) из Государственной лаборатории трансгенного риса в городе Ухань (Китай) вставила в геном обычного риса несколько человеческих генов, которые "научили" это растение собирать альбумин в "промышленных" масштабах.
Ранее другие группы ученых пытались "обучить" производству альбумина другие виды растений, микроорганизмов и животных, но все их попытки сталкивались с крайне низким количеством альбумина, который производили их подопечные. К примеру, клубни трансгенного картофеля и листья табака содержали около 0,02% альбумина. В последнее время биологи смогли добиться эффективности в 11% для листьев табака, однако даже такая "производительность" зеленой фабрики оказалась недостаточной с коммерческой точки зрения.
В отличие от них, "биореактор" Яна и его коллег, как окрестили новый сорт риса сами ученые, способен вырабатывать большие количества белка, который легко извлекается из зерен риса.
Ученые модифицировали геном обычного посевного риса (Oryza sativa) таким образом, что растение стало скапливать молекулы альбумина в белковых вакуолях - внутриклеточных "запасниках" - в созревающих зернах.
Биологи подготовили несколько специальных штаммов бактерий из рода Agrobacterium, которые в природных условиях вызывают рак у растений и питаются продуктами жизнедеятельности опухолевых клеток. Ученые извлекли из бактерий раковый плазмид - кольцевой участок ДНК бактерии - и заменили его "начинку" на несколько человеческих генов, необходимых для работы альбуминового "конвейера".
Затем исследователи высадили культуры этих бактерий на корни нескольких взрослых растений и получили девять штаммов трансгенного риса. По оценкам ученых, эти "биореакторы" содержат от 1,4% до 10,6% клеток с генами альбумина, подавляющая часть которых сконцентрирована в зернах риса. Ученые вырастили несколько последующих поколений "белкового" риса и убедились, что новый сорт риса стабилен с генетической точки зрения.
После этого биологи выделили сам альбумин из семян такого риса и сравнили его с человеческим белком. Молекулярная масса, последовательность аминокислот, трехмерная структура и температура разложения у "растительного" и человеческого альбумина совпадали.
Ученые добавили в растворы белков небольшое количество жирной миристиновой кислоты - одного из основных компонентов животных жиров - и проследили за поведением альбумина. Человеческий и "растительный" белки вели себя абсолютно одинаково - они присоединили равное число молекул к одним и тем же точкам. Другие молекулы, в частности антикоагулянт варфарин и обезболивающее напроксен, одинаково эффективно связывались с белками.
После этого биологи проверили работу рисового альбумина на популяции крыс, страдающих циррозом печени. Альбумин синтезируется в печени и серьезные нарушения в ее работе приводят к снижению его количества в крови животного, из-за чего возникает целый ряд серьезных расстройств - животное худеет и у него нарушается обмен веществ. Ученые регулярно вводили небольшие дозы альбумина в кровь крыс, что улучшило их самочувствие и восстановило нормальный обмен веществ.
Убедившись в безопасности и действенности своего биореактора, ученые разработали методику извлечения белка, достаточно дешевую для ее массового применения. Производственный цикл занимает 48 часов и включает в себя три стадии - измельчение семян, выделение белка и его очистка. По предварительным оценкам, такая технология позволяет извлечь до 50% белка из зерен, что соответствует 2,75 грамма альбумина на килограмм спелого риса. Извлеченный белок по своей чистоте не уступает "обычному" альбумину из сыворотки крови.
Ян и его коллеги полагают, что их технология позволит отказаться от других источников альбумина после проверки на клетках человека и подготовки специальных полей, которые будут изолированы от окружающего мира.
Источник: tainamira.ru
