Одним из наиболее динамично развивающихся в мире направлений науки, которое может дать ответ на главные вызовы, стоящие перед человечеством, является инженерная биология. С помощью её инструментов можно создавать новые диагностические системы, препараты для борьбы с тяжёлыми болезнями, решать проблему продовольственной безопасности и многие другие. Генетики Томского государственного университета в рамках проекта, поддержанного программой «Приоритет 2030», исследуют свойства белков системы репарации (восстановления) ДНК у микроорганизмов, подвергшихся генотоксическому стрессу. Белки с изменившимися свойствами и функционалом могут стать эффективным инструментом для создания новых технологий генной инженерии.
– В рамках нового проекта мы работаем с микробиомом (сообщество микрооргнаизмов), который присутствует в кишечнике малярийных комаров Anopheles sp., – рассказывает исполнитель проекта, старший научный сотрудник лаборатории экологии, генетики и охраны окружающей среды Биологического института ТГУ Алина Коханенко. – Мы этот микробиом выделили, и сейчас объектом нашего исследования являются белки системы репарации, защищающей ДНК в случае воздействия физических или химических негативных факторов. В данном случае негативным фактором выступает кровь, которая является для микробов агрессивной средой.
Задача проекта – выяснить, как меняются жизненно важные свойства белков системы репарации и какой новый функционал они приобретают в процессе адаптации к генотоксическому стрессу. Для этого генетики будут анализировать микробиом из кишечника малярийных комаров на разных стадиях переваривания крови, выделять ДНК микроорганизмов, анализировать их метагеном. Это позволит идентифицировать всех обитателей кишечника и в дальнейшем изучить их системы защиты ДНК. Белки, свойства и функционал которых будут отличаться от уже известной нормы, станут объектом исследования генетиков.
– Получать белки мы будем с помощью метода молекулярного клонирования, – объясняет Алина Коханенко. – Ген, продуцирующий белок, будет вставлен в плазмиду (небольшая молекула ДНК, физически обособленная от хромосом) кишечной палочки – Escherichia coli. E. coli, это очень удобный модельный вид, который часто используется в исследованиях. Для нас он послужит своего рода инкубатором. Здесь будет нарабатываться нужный нам белок именно с теми свойствами, которые он проявлял в организме микроба, адаптирующегося к воздействию негативного фактора.
Подобный метод наработки белков применяется в производстве синтетического инсулина. Это избавляет человечество от необходимости выделять жизненно необходимый гормон из клеток животных или синтезировать его химически. Препарат, полученный методом молекулярного клонирования, ближе всего человеку генетически, он чище, что снижает нежелательные реакции к минимуму.
Белки, синтезированные в биоинкубаторе, учёные очистят и исследуют. Выяснив, в чём заключается изменённый функционал, генетики смогут найти практическое применение выявленным свойствам. В первую очередь точкой приложения новых знаний может стать создание или усовершенствование имеющихся генно-инженерных подходов. Например, один из белков системы репарации ДНК – урацил-ДНК-гликозилаза – уже нашел применение для усовершенствования протокола ПЦР в отечественной практике. В результате можно не опасаться засорения образцов чужеродной ДНК.
Добавим, что в рамках стартпроекта «Инженерная биология» Томский государственный университет выполняет целый ряд исследований, направленных на создание новых инструментов и технологий, решающих актуальные проблемы человечества. В частности, учёные ТГУ решают проблему устойчивости бактерий к антибиотикам, что поможет медикам в борьбе с тяжелыми трудноизлечимыми формами инфекционных заболеваний.