Ученые Университета штата Юта (США) нашли код ДНК морского коралла, который отвечает за синтез элеутеробина – химического вещества, обладающего противораковыми свойствами. По мнению экспертов, скоро это перевернет подход к терапии онкологических заболеваний.
В поисках заветного источника
Изучение морских кораллов как перспективного источника для терапии онкологических заболеваний началось еще в 1990-х годах. Тогда ученые, исследовавшие морскую природу, обнаружили, что в организме одного из редких видов кораллов, обитающих в водах Австралии, содержится химическое вещество элеутеробин, обладающее противораковыми свойствами. Суть механизма в том, что оно разрушает цитоскелет, основной каркас клетки, и мягкие кораллы с его помощью защищаются от хищников. Лабораторные исследования показали, что это соединение также является мощным ингибитором роста раковых клеток.
В последующие десятилетия и до настоящего времени ученые искали, но никак не могли найти это легендарное химическое вещество в количестве, необходимом для разработки лекарственных средств. Проблема оставалась неразрешимой, поскольку не было известно, как синтезируется элеутеробин. Долгое время существовала гипотеза, согласно которой это химическое вещество синтезировали симбиотические организмы, живущие внутри морских кораллов.
«Но эта версия не была до конца состоятельной. Ведь у некоторых видов мягких кораллов симбиотических организмов нет, но тем не менее они вырабатывают тот же класс химических веществ», – говорит ученый Пол Скес, одним из первых начавший системные исследования элеутеробина в морских кораллах. Разгадка действия этого вещества стала целью для многих ученых и экспертов в США и заняла почти 30 лет.
Прочтение кода
Детство химика Пола Скеса прошло во Флориде, где он проводил много времени, играя на берегу океана, и мог часами исследовать его глубины и обитателей. Потом, когда Скес проходил постдипломный курс в университете, у него появилась склонность к органической химии, и в результате он системно занялся изучением химического разнообразия морских существ.
Позже он поступил в лабораторию отделения наук о здоровье Университета штата Юта, где вместе с доктором наук, профессором медицинской химии Эриком Шмидтом начал исследования элеутеробина. Скес решил, что ключ к разгадке этого вещества лежит в тех видах кораллов, с которыми он играл в детстве. Поэтому он привез из Флориды небольшие живые образцы, которые ученые и стали исследовать.
Для исследователей было важно выяснить, содержит ли генетической код коралла инструкции по синтезу этого химического вещества. К тому времени в США уже существовали исследования в области технологий по работе с ДНК, позволяющие быстро составить генетический код любого биологического вида. Трудность заключалась в том, что ученые не знали, как сформировать аналогичную инструкцию для синтеза химического вещества. «Представьте, что вы ищете в кулинарной книге определенный рецепт, но вам непонятно значение ни одного слова в этой книге», – говорит Скес.
В этом году ученым удалось найти в ДНК кораллов участки, напоминавшие генетические инструкции для синтеза аналогичных типов соединений у других биологических видов. Ученые запрограммировали выращенные в лаборатории бактерии на выполнение специфичных для мягких кораллов инструкций, заложенных в ДНК, и микроорганизмы смогли повторить первые шаги по синтезу потенциального средства для лечения онкологических заболеваний.
Так было доказано, что сами мягкие кораллы без участия других организмов являются источником элеутеробина. Также исследование показало, что это соединение в будущем можно будет производить в лаборатории. В настоящее время группа ведет работу по определению недостающих этапов в рецептуре синтеза этого соединения, а также ищет оптимальный способ для производства потенциального лекарственного препарата в больших количествах.
«Надеюсь, что однажды сможем передать эти препараты врачам, – говорит Скес. – Мне этот процесс видится как путь найденного на морском дне вещества сначала в научную лабораторию, а затем в клиническую практику».
Вещества будущего
«С любым из прототипов лекарственных средств, существующих на Земле, нам такое удалось сделать впервые», – отмечает Эрик Шмидт из Университета штата Юта.
По его мнению, достижение открывает возможность получения соединения в больших количествах, необходимых для детализированных испытаний, и в результате в один прекрасный день может быть создан новый препарат для борьбы с раком.
Параллельно вторая исследовательская группа, возглавляемая доктором наук Брэдли Муром из Института океанографии Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего, выявила, что кораллы вырабатывают молекулы, родственные элеутеробину. Оба исследования опубликованы в выпуске журнала Nature Chemical Biology от 23 мая 2022 года.
Как утверждают ученые, мягкие кораллы содержат тысячи подобных лекарствам соединений, которые могут действовать как противовоспалительные средства, антибиотики, а также выполнять многие другие функции. Но основным препятствием, мешающим начать применение этих соединений в качестве медикаментов для клинической практики, стало то, что их сложно получить в достаточных количествах. Шмидт говорит, что теперь и другие соединения также можно будет получить с помощью нового подхода.
Кораллы – не единственные животные, чей организм содержит вещества, которые могут использоваться в качестве лекарственных препаратов. Известно, что в природе существует множество змей, пауков и других животных, в организме которых вырабатываются химические вещества, имеющие целебные свойства. Тем не менее, по словам Шмидта, по сравнению с ними соединения, обнаруженные в мягких кораллах, обладают явными преимуществами в качестве сырья для разработки лекарственных препаратов.
В отличие от ядовитых химических веществ, которые животные вводят в тело жертвы, химические вещества, вырабатываемые кораллами, используются ими для того, чтобы отбить желание у хищника полакомиться кораллом. Эти вещества рассчитаны на то, что их съедят, и поэтому они легко усваиваются организмом. Аналогичным образом лекарства, полученные из этих типов соединений, скорее всего, можно будет выпускать в виде таблеток, которые достаточно запить стаканом воды, а не в форме препаратов для инъекций или введения другими инвазивными способами. «Эти соединения труднее найти в природе, но их проще произвести в лаборатории и легче применять в качестве лекарства», – утверждает Шмидт.
Многие десятилетия эти возможности оставались недосягаемыми. Для достижения этого результата потребовались соответствующие знания и немного везения, считают ученые.