Изучение белков для создания новых лекарств и улучшения вина

Проект «Геном человека», завершенный в 2003 году, выявил, что у человека всего около 24 000 генов — ненамного больше, чем у плодовой мушки (около 14 000). Это показывает, что сложность организма определяется не количеством генов, а белками — функциональными единицами клетки, которые они кодируют.

Протеомика — это наука, изучающая белки. В отличие от геномики, она показывает, как организм работает на уровне белков, измеряя их экспрессию в определенных условиях и в конкретных клетках, тканях или органах. Хотя технологий для усиления сигнала белков (как для ДНК) пока нет, современные методы позволяют идентифицировать и количественно определять тысячи белков.

Применение протеомики растет в различных областях — от разработки лекарств до экологии и даже виноделия (например, для улучшения вкуса красного вина через управление бактериями брожения).

Разработка лучших лекарств

Безвредные штаммы E. coli широко используются в исследованиях и производят около 30% современных терапевтических белковых препаратов. Прорывом стало создание 30 лет назад человеческого инсулина с помощью генетически модифицированной E. coli — метод дешевле и эффективнее получения из поджелудочной железы животных.

Более сложные препараты требуют специфических модификаций белка, например, гликозилирования (добавления сахаров к определенным аминокислотам). Это повышает эффективность и применяется в более чем двух третях терапевтических белков. Однако E. coli плохо справляется с этим процессом.

Текущие исследования, включая мои, направлены на то, чтобы сделать модификацию белковых лекарств в E. coli более эффективной. Для этого мы анализируем изменения в экспрессии белков в клетках, выращенных в разных условиях, и выясняем различия в клеточных процессах бактерии.

Понимание окружающей среды

Метапротеомика — это применение протеомики для изучения экосистем. Анализируя белки в небольших образцах почвы, воды или воздуха, можно получить снимок того, как функционирует локальная среда.

Хотя сложность и разнообразие белков в таких образцах создают большие трудности, метапротеомика — мощный инструмент. Она позволяет увидеть биологию системы в ее естественном состоянии, в отличие от лабораторных исследований, где культивирование клеток не отражает их реального состояния в сообществе.

Объединяя данные метапротеомики с традиционными измерениями экологии и химии окружающей среды, мы можем лучше понять микробные процессы и метаболические пути, ключевые для функционирования экосистемы. Это дает окно в деятельность микроорганизмов, которые часто игнорируются в экологических экспериментах, хотя изменения из-за климата или техногенных катастроф (разливы нефти) сильно на них влияют.

Недавно мы изучали изменения в бактериальных и водорослевых белках в природных водных системах. Рост населения и использование удобрений приводят к стоку питательных веществ в водоемы, создавая «мертвые зоны». Метапротеомика — новый инструмент, который помогает понять, как меняются микробные компоненты этих систем и как они реагируют на технологии, призванные остановить их деградацию.