Новый ферментативный метод синтеза РНК: эффективно, экологично, масштабируемо
РНК-терапии, включая вакцины от COVID-19 и препараты для лечения мышечной дистрофии Дюшенна и амилоидоза, обладают огромным потенциалом. Однако их широкое применение ограничено устаревшим методом химического синтеза РНК, разработанным в 1980-х годах. Этот метод требует токсичных растворителей (например, ацетонитрила), производит опасные отходы, ограничен в типах нуклеотидов, которые можно включить в молекулу, и не способен удовлетворить растущий мировой спрос.
Ученые из Института Висса при Гарвардском университете и Гарвардской медицинской школы (HMS) разработали решение — новый ферментативный метод синтеза РНК. Он использует воду и ферменты вместо токсичных растворителей и катализаторов, что делает процесс экологически безопасным и пригодным для быстрого масштабирования.
Био-дружественный принцип работы
Исследователи взяли за основу фермент из дрожжей Schizosaccharomyces pombe, который естественным образом соединяет нуклеотиды в цепь РНК. Они модифицировали его, чтобы повысить эффективность и позволить включать в цепь нестандартные (модифицированные) нуклеотиды, которые критически важны для стабильности и функции РНК-препаратов.
Ключевые инновации метода:
- Отказ от защитных групп: В химическом синтезе нуклеотиды требуют "химической упаковки" (защитных групп), чтобы выдержать жесткие условия реакции. Ферментативный синтез в мягких условиях делает эти группы ненужными, что упрощает процесс.
- Контроль с помощью "блокиратора": Чтобы фермент добавлял нуклеотиды по одному, а не бесконтрольно, ученые добавили к нуклеотидам химический "блокиратор". После присоединения нужного нуклеотида блокиратор удаляется, позволяя начать следующий цикл. Это двухэтапный процесс, в отличие от стандартного четырехэтапного химического синтеза.
Эффективность включения нуклеотидов новым методом достигает 95%, что сопоставимо с химическим синтезом. Команда уже может стабильно производить цепи длиной в 23 нуклеотида — стандартный размер для многих успешных РНК-терапевтических средств.
Расширение "алфавита" РНК
Метод успешно производит цепи РНК с различными типами модифицированных нуклеотидов. Это открывает возможности для создания более эффективных и стабильных препаратов.
"Наша РНК состоит из четырех букв — A, U, C и G. Наш процесс расширяет этот простой алфавит, увеличивая количество "клавиш" на нашей "РНК-пишущей машинке". Это позволяет создавать РНК с новыми функциями и свойствами", — пояснил соавтор Эркин Куру, Ph.D., постдок в HMS.
Коммерциализация и перспективы
Технология легла в основу компании EnPlusOne Biosciences, соучредителями которой стали авторы исследования. Платформа позволяет производить высококачественные гидовые РНК (gRNA) для редактирования генов CRISPR/Cas, а также малые интерферирующие РНК (siRNAs) для лечения широкого спектра заболеваний.
"Ферментативные технологии синтеза нуклеотидов предлагают множество преимуществ как альтернатива химическим методам. Эта платформа может помочь раскрыть огромный потенциал РНК-терапий устойчивым способом", — заявил соавтор Джордж Чёрч, Ph.D., основной член команды Института Висса.
Исследование опубликовано в журнале Nature Biotechnology.