Устойчивые вакцины и топливо: прорыв в компьютерном моделировании

Исследования в области устойчивых источников топлива, новых лекарств и вакцин для растущего населения мира получили мощный импульс благодаря прорыву Университета Абердина, который позволит оптимизировать новую и быстро развивающуюся биотехнологию.

Синтетическая биология — это новая, всё более используемая биотехнология, которая применяет живые клетки для создания и улучшения молекул, используемых в биотопливе или в качестве прекурсоров медицинских препаратов.

Однако, когда учёные используют биотехнологические процессы для создания белков, применяемых во многих лекарствах, процесс может работать неэффективно. Иногда производится недостаточно ключевых белков, или белки работают неправильно.

Исследователи из Университета Абердина впервые использовали компьютеры, чтобы выяснить, что идёт не так в процессе, и исправить это.

Кроме того, вместе с Университетом Мэриленда и биотехнологической компанией Fujifilm Diosynth Biotechnologies, Абердин получил финансирование в размере £700 000 от Совета по исследованиям в области биотехнологий и биологических наук (BBSRC) для дальнейшего развития исследований.

Биотехнологии уже используются для создания широкого спектра антител — естественного ответа организма на болезнь или инфекцию. Например, вакцина против гепатита B создаётся путём объединения гена вируса с пекарскими дрожжами. Это создаёт белок гепатита, который при введении человеку в качестве вакцины стимулирует организм к выработке антител против него. Аналогично, человеческий ген можно объединить с E. coli для производства инсулина для лечения диабета.

Этот чрезвычайно сложный процесс, называемый рекомбинантной экспрессией белка, не всегда надёжен. Иногда производится недостаточное количество белков, или белки создаются неточно.

Теперь математики, физики и микробиологи из Университета Абердина впервые показали, что математические модели могут воспроизвести этот процесс, чтобы понять причины сбоев. Это позволило им продемонстрировать, что небольшие изменения в биохимии клетки могут улучшить производство белков. Результаты опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.

Понимая, почему белки создаются неправильно в ходе биотехнологического процесса, микробиологи могут использовать метод синтетической биологии, чтобы исправить его и оптимизировать биотехнологическое производство лекарств и вакцин.

После исправления клетка способна «чувствовать», когда создание этих ценных белков становится неточным, и будет активно замедлять их собственное производство, чтобы повысить качество.

«Синтетическая биология станет в будущем необходимой для производства всего: от новых, устойчивых лекарств и методов лечения до устойчивых химических веществ, получаемых из сырья растительного происхождения», — объясняет профессор Ян Стэнсфилд из Института медицинских наук Университета Абердина.

«Мы разрабатываем способы оптимизации этого процесса, моделируя "процесс производства белка" на компьютере, что позволяет нам адаптировать гены для обеспечения большей эффективности и надёжности процесса», — прокомментировала со-руководитель проекта доктор Мамен Романо из Института сложных систем и математической биологии Университета Абердина.

Профессор Стэнсфилд пояснил: «Наша последняя статья впервые показывает, что мы можем точно смоделировать этот процесс на компьютере, и наш следующий проект совместно с Университетом Мэриленда и нашими промышленными партнёрами Fujifilm Diosynth Biotechnologies продвинет эти исследования ещё дальше.

Существует также важный элемент информированности и принятия общественностью, который мы, как учёные, наряду с другими соответствующими органами, должны поощрять. У некоторых людей явно есть опасения относительно производства генетически модифицированных потребительских товаров и лекарств — большая часть которых, как мы считаем, проистекает из-за отсутствия доступной и надёжной информации по этому вопросу. Мы надеемся работать над тем, чтобы информировать людей и убеждать их в преимуществах и потенциале этой захватывающей новой области науки».