Синтетический секс у дрожжей обещает более безопасные лекарства для людей
Биоинженеры из Вашингтонского университета перепрограммировали брачные привычки пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae). Это открытие может привести к созданию более безопасных лекарств будущего.
Дрожжи как лабораторный объект
Ученые активно используют дрожчи из-за быстрого клеточного цикла (новое поколение каждые 90 минут) и легкости генетических модификаций. Популярный метод yeast surface display позволяет изучать белки, экспрессируя их на поверхности клетки, и анализировать их взаимодействия. Этот метод использует элементы полового аппарата гриба.
Грибное спаривание
У дрожжей нет разделения на мужской и женский пол. Вместо этого существуют типы спаривания, определяемые белками на поверхности половых клеток (гамет). Спаривание (агглютинация) происходит, когда поверхностные белки гамет разных типов взаимодействуют друг с другом.
Исследовательская группа под руководством Дэвида Янгера превратила эту естественную систему в инструмент для точного измерения молекулярных взаимодействий в большом масштабе. Это критически важно для разработки лекарств, так как нецелевые взаимодействия (off-target interactions) могут быть смертельно опасными (как в случае с провалившимся клиническим испытанием препарата revusiran компании Alnylam Pharmaceuticals).
Перепроектирование дрожжевого секса с множественными типами спаривания
Команда связала генетически закодированные флуоресцентные маркеры (синий и красный) с естественными типами спаривания дрожжей. Это позволило легко измерить эффективность спаривания по доле клеток, ставших пурпурными (спаренными). Эффективность естественного спаривания в лаборатории составила около 60%.
Затем ученые заменили естественные белки агглютинации на пары чужеродных белков с разной силой взаимодействия:
- Слабо взаимодействующие белки: эффективность спаривания упала до 5,7%.
- Белки с умеренным сродством: эффективность возросла до 19%.
- Белки с высоким сродством: эффективность достигла 51,6% (близко к естественной).
- Белки, которые не должны взаимодействовать: эффективность составила всего 0,2%.
Таким образом, отслеживая эффективность спаривания, можно измерить силу взаимодействия любых двух белковых молекул. Теперь ученые могут быстро создавать тысячи "полов", заставляя дрожжи демонстрировать на своей поверхности новые, заданные человеком белки. Взаимодействие этих белков приводит к появлению потомства, что позволяет количественно оценить тысячи потенциальных молекулярных взаимодействий в одном небольшом эксперименте.
Повышение безопасности лекарств
Чтобы продемонстрировать полезность инструмента, команда создала 1400 различных вариантов перспективного противоракового препарата XCDP07. Смешивая дрожжи, демонстрирующие разные версии препарата, с дрожжами, демонстрирующими человеческие белки, команда смогла идентифицировать версии XCDP07, которые связываются только с намеченной мишенью.
Янгер уже передал свои инженерные штаммы дрожжей исследователям из Стэнфорда, Йеля, UCSD и других учреждений. Стремясь обеспечить "всесторонний доклинический скрининг лекарств", а не проверку лишь небольшого подмножества возможных нецелевых взаимодействий, он основал компанию (финансируемую научными грантами) для превращения своих результатов в лекарства нового поколения.