Где-то далеко, на дне морей, живут ядовитые беспозвоночные — морские анемоны. Они никогда не встречались с человеком, но это не помешало им создать токсины, действующие на наши клетки лучше многих известных лекарств. Заведующий лабораторией молекулярной и клеточной биологии Первого МГМУ имени Сеченова Ярослав Андреев рассказал о том, что можно добыть из ядов животных, как эту добычу потом применить, и почему «натуральных» лекарств на рынке не так много.
— Давайте начнем разговор с конца. Допустим, вы нашли животное и выделили токсин. Допустим, он обладает обезболивающим эффектом (в июне Андреев и соавторы опубликовали статью об обнаружении нового токсина-анальгетика — прим. авт.). Как он будет работать?
— Это решается на момент поиска токсина. Как сейчас построен стандартный поисковый механизм? Вы создаете тест-систему под конкретную задачу. Вы исходно знаете, что, например, этот рецептор или этот фермент участвует в восприятии или передаче боли. Вы делаете такую систему, в которой вы видите, связывается ли это вещество с этим ферментом или рецептором и что оно с ним делает, ингибирует или активирует.
Мы в основном ищем вещества, которые действуют на рецепторы, участвующие в восприятии боли. Мы перебираем всех ядовитых животных, которых можем найти, берем у каждого яд, добавляем его к клеткам в которых есть рецептор и смотрим, произошло что-то или нет. Если произошло, то мы выделяем активный компонент [яда], получаем его рекомбинантный аналог (то есть заставляем клетки бактерий его производить — прим. авт.) и дальше изучаем его эффект полностью. И только когда мы изучили все на рецепторе — а здесь бывают неожиданные моменты! — потом проверяем на животных. Животных тестируют в эксперименте, в котором активируется только нужный нам рецептор.
Например, рецептор TRPV1 отвечает за восприятие боли и одновременно за восприятие капсаицина, жгучего вещества перца. Если ввести капсаицин в лапу мыши, вы активируете рецептор — мышке [становится] больно и она это показывает, облизывая свою лапу. Если мы предварительно введем исследуемое вещество и болевой эффект ослабнет, значит у нас есть вещество, которое блокирует болевой рецептор не только в пробирке, но и в живом организме.
Это очень важно, потому что в случае, когда фармакологические компании ищут вещества таким же способом в химических библиотеках, возникает огромная проблема. Оказалось, что не очень сложно найти вещество, действующее на рецептор, в химической библиотеке, но когда ты вводишь его животным, вещество или разрушается в печени, или оседает, или что-то еще с ним происходит. Оно не работает так, как ожидалось. В случае природных пептидных токсинов зачастую этого эффекта нет, потому что они и были созданы природой для того, чтобы работать в живом организме, а не в пробирке.
— Какие моменты оказались для вас неожиданными?
— Неожиданным оказываются моменты, когда эффект, предполагаемый по исследованиям «в пробирке», оказывает противоположным на животных. К счастью, всему этому чаще всего удается найти разумное объяснение и подтвердить его экспериментально. Известно, что у нас в организме есть некоторые системы-предохранители. Благодаря им мы не можем чувствовать боль сильнее, чем адскую. Соответственно, есть система, которая выключает болевой каскад после того, как он слишком долго активирован. На этом тоже можно играть: можно послать ложный сигнал этой системе, что нейрон перевозбужден.
Этот эффект известен очень давно и хорошо изучен на агонистах болевых рецепторов, таких как уже упомянутый капсаицин. Что неожиданного было в этом эффекте: в яде морской анемоны мы нашли не агонисты (вещества, которые активируют рецепторы — прим. авт.), а вещества, которое увеличивает ответ рецептора TRPA1 на влияние агониста. До этого обезболивающие эффекты были показаны только на агонистах болевых рецепторов: вы даете его животному, ему все-таки сначала больно, а потом оно несколько дней не чувствует боли. И по такому же принципу работают обнаруженные нами пептиды (пептид это маленький белок, короткая цепочка аминокислот — прим. ред.): они увеличивают ответ рецептора на агонист, рецептор вместе с нейроном перестают отвечать, и получается обезболивание.
Таким образом, при введении пептидов мышь не испытывает боли, а пептиды действуют на рецептор, он посылает сигнал, что произошла чрезмерная активация нейрона, и этот нейрон перестает отвечать на внешние сигналы. И мышь гораздо слабее чувствует боль при введении агониста рецептора или при воспалении.
— Если смотреть со стороны, ситуация выглядит довольно странно: есть морская анемона, которая в жизни не встречалась с человеком, но откуда-то в ней есть вещество, которое идеально подходит к нашему рецептору. Как так получилось?
— Как вы, наверно, знаете, все существа в какой-то момент произошли от общего предка. У нас много гомологичных (имеющих общее происхождение — прим. авт.) структур, и они в процессе эволюции начали отвечать за разные вещи. Каналы типа TRPA1 или TRPV1 (болевые рецепторы, которые изучает Андреев — прим. авт.) есть и у морских анемон и у тех животных, на которых они охотятся. Только там они могут отвечать за другие функции. Поэтому нет гарантий, что то вещество, которое действует на мышей и человека как обезболивающее, будет действовать так же на крабов или рыб. Может быть, оно будет этих крабов парализовать, дезориентировать или давать им чувство эйфории.
Но в случае с пептидами, действующими на TRPA1, у меня есть одна идея. Известно, что морские анемоны дерутся друг с другом на морском дне за место, более удобное жизни. Как вообще морские анемоны вводят яд в жертву? У них есть специальные стрекательные клетки, как в крапиве, и когда кто-то другой касается такой клетки, из нее выбрасывается жгутик, который пробивает кожу и впрыскивает яд. И именно за восприятие этого касания у морских анемон отвечает гомолог TRPA1. Соответственно, анемона, которая обладает токсином, блокирующим TRPA1 или наоборот активирующим его, может обезоружить анемону другого вида. Таким образом, для каждого токсина скорее всего существует какая-то своя функция. Эти токсины нужны этим животным, они дают им эволюционное преимущество перед окружающими. Но анемоны не часто встречались с человеком, и на человека токсины действуют не так, как используются анемонами.
— Какая группа животных вам кажется наиболее перспективной для поиска токсинов? Почему вы выбрали именно анемон?
— На самом деле, неважно, где искать. Можно искать не только в ядовитых животных, можно искать и в лекарственных растениях. Но почему выбрали ядовитых животных? Потому что у них есть задача подействовать на жертву или противника, и они выработали огромное количество молекул, которые должны подействовать на всех. Потому что один пептид, который действует на крабов, на анемону не подействует — тогда нужно много иметь разных. В каждой отдельно взятой анемоне, естественно, нельзя найти пептиды, которые действуют на все интересующие мишени. Но если взять достаточное количество анемон, змей, пауков, то можно найти пептид, действующий на тот рецептор, который вас интересует.
Наша практика показывает, что перебрав 10−20 ядов и экстрактов, почти на любой рецептор что-то можно найти.
— То есть мы не можем сказать, что некоторые группы животных перспективнее, чем другие? Что те, например, кто эволюционно ближе к человеку, имеют более похожие рецепторы, и поэтому их токсины будут эффективнее?
— Это абсолютно непредсказуемо. Это связано с миллионами лет эволюции каждого организма, а мы не знаем, что там происходило. Поэтому нельзя сказать, что змеи, например, ближе к человеку, чем анемоны, поэтому они лучше делают анальгетики. Змеи вообще охотятся на млекопитающих, поэтому они будут лучше убивать млекопитающих, а анемоны могут лучше убивать рыб и крабов. Но про более тонкие эффекты нельзя [такого] предположить, поскольку мы ищем не основной активный компонент, а тот побочный компонент эволюции, который оказывает какой-то промежуточный эффект, например, анальгетический.
— Организмы, на которых вы работаете, человеку относительно незнакомы. Значит ли это, что излюбленные объекты традиционной медицины — змеи, пиявки, пчелы — уже изучены вдоль и поперек и там больше нечего найти?
— Да, они уже изрядно изучены, и в этой области зачастую нечего искать. Но мы, на самом деле, не отказываемся от змей, мы тестировали на наши рецепторы всех змей, но, к сожалению, ничего не нашли. Просто змеи ориентированы на млекопитающих, и они ориентированы их парализовать или убивать. Если бы мы искали токсины, которые убивают млекопитающих, то я думаю, змеи намного бы обошли анемон.
— Что эффективнее: искать природные токсины или моделировать их на компьютере биоинформатическими методами?
— Помимо того, что мы должны провести моделирование, мы должны потому проверить результаты «в пробирке». И вероятность того, что модель построена правильно, на сегодняшний день не очень высока. Несмотря на то, что моделирование семимильными шагами идет вперед, до сих пор абсолютно все его результаты надо проверять и в пробирке и на животных. Пока что, больше 90% моделей много чего не учитывают. Это связано с тем, что рецепторы большие, а вычислительные мощности у нас пока ограниченные, просчитать движение каждого участка молекулы не получается. Конечно, если знать структуру и обладать огромными, безграничными мощностями моделирования, то теоретически можно создать идеальную молекулу, но пока до этого далеко. В то же время, на стороне ядовитых животных миллионы лет эволюции, и они могут нам предложить готовые решения. А брать то, что уже готово, проще, чем моделировать от начала до конца. Сейчас существует несколько лекарств на основе пептидных токсинов, но по некоторым причинам фармкомпании этот подход перестал интересовать.
— Есть ли у вас какие-то предположения, почему так происходит? Потому что моделировать дешевле или проще?
— Мне это не очень понятно, потому что в моделях на животных, конечно, пептиды оказываются активнее (то есть действуют эффективнее — прим. авт.). Возможно, в нашей области это не очень хорошо движется, потому что существуют низкомолекулярные вещества, которые в той или иной степени эффективны. И любой фармкомпании выгоднее производить дешевое лекарство, чем создавать новое, пусть даже оно будет в сто раз эффективнее.
Но в какой-то момент, я думаю, все потихоньку сдвинутся в сторону таких биологических лекарств, потому что побочных эффектов от них, конечно, меньше.
— Давайте поговорим про возможные применения этих токсинов. Первая мысль, которая приходит мне в голову, — можно ли их использовать, например, для адресной доставки препаратов в клетки с определенными белками?
— Адресная доставка, конечно, интересует многих, поскольку она решит множество проблем, стоящих перед современной фармакологией. Только она работает лишь тогда, когда паровоз тащит за собой поезд, а не когда вагоны на первой же горке покатятся и уедут в другое место. Это обычно и происходит, когда говорят об адресной доставке: давайте пришьем к антителу огромное что-нибудь, например, липосому (мембранный пузырек с веществам — прим. авт.), и антитело притащит ее к мишени. Но нет, так не никогда произойдет, липосома свяжется с первой же клеткой или дойдет до печени и останется там навсегда, и антитело никуда ее не потащит. Если вам нужно доставить адресно что-то маленькое, может быть пептидный токсин подойдет для этого, а если нужно доставить огромную липосому с кучей лекарств, то, скорее всего, не подойдет. Поэтому эффективней, чтобы лекарство доставляло само себя. Если оно само себя не доставляет, то заставить его идти туда, куда нужно, достаточно сложно. В современных лекарствах это достигается так: вводится достаточно большая доза, чтобы действующее вещество равномерно распределилось по организму и успело подействовать на нужный орган, перед тем как быть разрушенным печеночными ферментами или быть выведенным почками.
— Есть ли какие-то еще возможности использования этих токсинов?
— Наши коллеги из других стран изучают разные варианты, в которых можно использовать токсины. Например, наши австралийские коллеги когда-то давно выделили из анемоны блокатор калиевых каналов, но не всех, а определенного типа, и эти каналы отвечают за развитие аутоиммунных заболеваний. Его уже много лет изучают, дошли до второй стадии клинических исследований, и вроде бы концепция работает. Но как раз на их примере, к сожалению, видно отрицательное отношение фармакологических компаний к пептидам. Если бы у них было низкомолекулярное вещество, которое так действует, его бы у них с руками оторвали, а так они своими силами уже десять лет проводят эти клинические исследования, и им очень сложно, несмотря на прекрасные результаты. Дело в том, что пептид сложнее производить. Хотя с другой стороны, антитела же производят, и все в порядке. Но антитела производят для лечения ранее неизлечимых заболеваний, например рака, и поэтому они продаются за любые деньги. А в другие лекарства пока, к сожалению, фармакологические компании не готовы вкладывать деньги, и готовы лечить лекарствами столетней давности.
— В одном из интервью вы говорили про возможное использование токсинов как антибиотиков (см. также прошлогоднюю статью Андреева и соавторов — прим. авт.). Есть ли здесь какая-то перспектива?
— Эта перспектива обсуждается уже очень давно, хотя мне кажется, что пока об антибиотиках на основе пептидов говорить все-таки рано. Понятно, что идея прекрасная: какая-нибудь бактерия вызывает болезнь у челвоека и при этом устойчива к существующим антибиотикам, а у растений, анемон и других организмов есть защитные пептиды, которые убивают эту бактерию. Давайте возьмем эти защитные пептиды и введем их человеку, и бактерия погибнет. Но, к сожалению, эти защитные пептиды или представляют собой цитолитики (то есть разрушают клеточные мембраны, в том числе и клеток человека — прим. авт.), или очень большие. А если пептид очень большой, то на него развивается иммунный ответ, и неизвестно, что хуже — бактерия или аллергическая реакция, которую вызовет этот пептид. И стратегия многих растений хитрая: пептидов очень много, все они действуют на разные области жизнедеятельности бактерий.
Если вы берете любой экстракт растения и изучаете его влияние на бактерию, она умирает. Но когда вы начинаете выделять активные компоненты, вы эту антимикробную активность теряете, поскольку нет одного мощного компонента, а есть много слабых.
Но вводить много слабых компонентов — это еще хуже, это точно путь к развитию аллергических реакций. Тем более, что производить и сертифицировать множество компонентов значительно дороже, чем один.
— То есть в ближайшее время нам антибиотиков из анемоны ожидать не стоит?
— Этим занимаются наши норвежские коллеги, у которых мы и брали яд анемоны. Шансы какие-то есть, но это уже элемент везения. Нужно найти высокоактивный маленький пептид, который не является цитолитиком в отношении клеток человека, или действует по какому-то другому механизму. В любой момент исследователи могут найти такой пептид, и это будет прорыв. Это может произойти в один день. Сегодня кто-то может сказать, что это бесперспективно, а завтра такой пептид будет найден.
Полина Лосева
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии