Ученые из Рурского университета в Бохуме (Германия) впервые заставили дрожжевые клетки производить человеческий фермент DNase1, который расщепляет лишнюю ДНК в организме. Этот результат, опубликованный в PLOS One, может удешевить лечение муковисцидоза, сепсиса и осложнений COVID-19, заменив дорогие методы.
Что создали ученые
DNase1 — фермент, который разрушает свободную ДНК, помогая, например, разжижать густую слизь в легких при муковисцидозе или растворять микротромбы при сепсисе и COVID-19. Обычно его производят с помощью клеток яичников хомяка (CHO-клетки), что дорого и сложно: клетки требуют химической модификации для бесконечного деления, а процесс занимает месяцы и стоит до 100 000 долларов за килограмм фермента.
Команда под руководством профессора Беаты Бранд-Сабери и доктора Маркуса Напирея использовала дрожжевой гриб Pichia pastoris. Они встроили ген человеческого DNase1 в дрожжи с помощью электрического импульса, заставив их синтезировать фермент. Дрожжи выращивали в биореакторах, затем выделяли и очищали фермент.
«Это результат многолетней и трудной работы, который может заложить основу для производства DNase1 в дрожжах», — сказал Напирей.
Дрожжи дешевле (в 5–10 раз), быстрее размножаются и устойчивы к патогенам, что упрощает процесс.
Однако выход человеческого DNase1 оказался ниже ожидаемого — в 3–5 раз меньше, чем у мышиного аналога, из-за различий в структуре белков (человеческий и мышиный DNase1 схожи на 82 %). Мышиный фермент складывается проще, что облегчает его синтез. Несмотря на это, дрожжевой DNase1 функционален и готов к оптимизации.
Почему это важно
Муковисцидоз поражает 160 000 человек в мире, а его лечение с помощью DNase1 (например, препарата Pulmozyme) обходится в 10 000–30 000 долларов в год на пациента. Дрожжевое производство может снизить стоимость на 30–50 %, сделав терапию доступной в бедных странах и для людей с низким доходом.
Фермент также перспективен для лечения сепсиса, инсультов и осложнений COVID-19, где он разрушает нейтрофильные внеклеточные ловушки (NETs) — сети ДНК, которые могут закупоривать сосуды.
«DNase1 может растворять микротромбы, содержащие ДНК и это действительно впечатляет», — отметил Напирей.
Метод исключает необходимость в «увековечивании» клеток, как при работе с клетками хомяка, что сокращает время производства с 6 месяцев до 2–3 недель. Это может увеличить глобальную поставку DNase1 на 20–30 %.
Ученые планируют оптимизировать дрожжи для повышения выхода человеческого DNas1. Это может увеличить производство в 5–10 раз за 3–5 лет. Технология также открывает путь для других терапевтических белков, снижая зависимость от клеток млекопитающих.
Авторы отмечают, что в ближайшем будущем DNase1 может стать основой для ингаляционных или инъекционных препаратов против инсультов и инфекций.
В Китае из риса впервые получили важный человеческий белок
Ученым впервые удалось создать искусственные дрожжи — вот что это значит