Биологический конструктор

Сибирские учёные разрабатывают вакцины, способные «обмануть» иммунитет

Соединения, уже положительно зарекомендовавшие себя при диагностике заболеваний, собирают в автоматическом режиме из отдельных элементов, как конструктор. Знакомимся с разработкой молодежной лаборатории, созданной благодаря нацпроекту «Наука».

Ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (далее — ИХБФМ, прим. авт.) сегодня принципиально по-новому работают над лекарствами, вакцинами и диагностическими системами: они создают вещества с заранее заданными свойствами. Сначала соединение моделируют при помощи компьютерных технологий, затем синтезируют, а потом испытывают. Вместе с министром науки и инновационной политики Новосибирской области Вадимом Васильевым разбираемся в сути вещей и чем они нам всем могут быть полезны.

Лаборатория — по нацпроекту

Для начала поясним: лаборатория структурной биологии ИХБФМ, которая занимается созданием новых производных нуклеиновых кислот, была создана в 2021 году благодаря нацпроекту «Наука». Лаборатория занимается междисциплинарными исследованиями на стыке молекулярной биологии, биофизики и биомедицины. Работы ведутся в области изучения структуры, динамики и специфических взаимодействий биополимеров, таких как белки, нуклеиновые кислоты и их производные, экспериментальными методами и методами компьютерного моделирования и анализа.

По словам заведующего лабораторией структурной биологии, заместителя директора ИХБФМ по научной работе кандидата химико-биологических наук Александра Ломзова, одним из направлений научных исследований лаборатории сегодня является поиск путей диагностики онкологических заболеваний на ранней стадии. А точнее, создание веществ, которые могли бы обнаружить дефектные участки генов.

Фото: Инна Волошина

— Мы создали фосфорамидные азольные олигонуклеотиды, которые уже показали свою эффективность в качестве праймеров в ПЦР-диагностике, — рассказывает Александр Ломзов. — Если нужно найти ошибку или мутацию в гене, наши новые соединения отлично выявляют их даже при небольшом количестве мутантных ДНК. Сотрудники нашей лаборатории химическими методами разрабатывают производные нуклеотиды, добавляют туда модификации и исследуют их с помощью экспериментальных подходов и методов компьютерного моделирования.

Как «собрать» белок

На практике это выглядит так.

Сначала разрабатывается компьютерная модель будущего соединения. Затем по заданной программе при помощи особого прибора — синтезатора ДНК происходит синтез: нужные элементы «пришивают» к исходной молекуле в заданном заранее порядке, причем происходит это в автоматическом режиме. Потом полученные новые соединения тщательно исследуют — совпадают ли их свойства с теми, которые смоделировала компьютерная программа.

Хотя изучаемые биополимеры были получены только в прошлом году и ученые еще в начале пути, уже можно с уверенностью сказать, что эти соединения реально использовать для диагностики заболеваний. А в дальнейшем, возможно, и для лечения.

— Также мы занимаемся изу­чением структуры белка с целью создания новых ингибиторов для заболеваний. Ингибиторы — это вещества, тормозящие химические реакции. В нашем случае они не дают, к примеру, вирусу «зацепиться» в клетке, — поясняет Александр Ломзов. — Одним из объектов, с которым мы работаем, является сериновая протеаза вируса Денге. Он из того же семейства, что и вирус клещевого энцефалита. Мы провели компьютерные исследования с коллегами из России и Швеции, которые позволили нам определить структуру и динамику такого белка. Теперь для нас открылись перспективы создания ингибитора.

Нужен не вирус, а лишь информация о нём

Другое научное подразделение института, лаборатория геномного редактирования, ведет исследования по целому ряду направлений, в том числе по разработке технологии персонализированных мРНК-вакцин. Иначе говоря, вакцин на основе рибонуклеиновой кислоты, которые воздействуют на организм подобно вирусу. Матричная рибонуклеиновая кислота попадает в клетки и стимулирует их вырабатывать закодированный учеными белок, который присутствует в вирусе. Иммунная система выявляет этот белок и активирует выработку антител, ложно полагая, что в организм проник вирус. Таким образом, препарат, обманывая иммунитет, заставляет организм бороться с вирусами.

— Мы перешли на новый технологический уровень: скоро в России по­явятся мРНК-вакцины, — говорит заведующий лабораторией геномного редактирования кандидат химических наук Григорий Степанов. — Это будут препараты, которые мобилизуют иммунную систему и позволяют наработать антитела, защищающие человека от заболеваний. Уникальность технологии в том, что такую вакцину можно быстро адаптировать под нужный вирус. Нужна лишь информация о нем. Когда начался ковид, его отсеквенировали в Китае и передали информацию в Европу. В итоге уже через две недели была разработана пробная мРНК-вакцина.

«Мы видим большой интерес»

Когда будут готовы российские мРНК-вакцины и начнется их массовое производство, пока сказать сложно — возможно, через пять-десять лет. Но начало уже положено.

— Последние три года пандемии коронавируса показали, что новые научные разработки способны очень быстро двигаться на рынок, — отмечает исполняющий обязанности директора института кандидат химических наук Владимир Коваль. — Новосибирской области, на мой взгляд, очень сильно повезло, что у нас есть Академгородок с его научными институтами, и этот огромный потенциал нужно использовать. Мы видим большой интерес к нашей работе со стороны губернатора, правительства, министерства науки и инновационной политики региона и, самое главное, видим большую поддержку с их стороны. Никогда не было такого, чтобы федеральные институты получали деньги из областного бюджета, а у нас теперь есть такая мера поддержки. Думаю, эту практику надо внедрять в масштабах всей страны.

КОММЕНТАРИЙ
Вадим Васильев, министр науки и инновационной политики Новосибирской области:
— Данные разработки — результат совместной работы ИХБФМ СО РАН и правительства региона. Молодежная лаборатория структурной биологии была создана в рамках нацпроекта «Нау­ка и университеты», конкурса, организованного Минобр­науки России среди научных организаций и вузов — участников научно-образовательных центров мирового уровня. Хочу отметить, что в этом году к федеральному инструменту создания молодежных лабораторий в рамках нацпроекта «Нау­­ка и университеты» в регионе был добавлен новый — открытие региональных молодежных лабораторий за счет областного финансирования. Это стимул для молодежи остаться в науке и получить в реальных условиях применение своих знаний. Важна связка с индустриальными партнерами, чему мы, как представители региональной власти, активно способствуем, чтобы связка «индустриальный партнер — ученый» слаженно работала, создавая продукты, направленные на импортозамещение.
Новые научно-образовательные пространства предоставят молодым ученым возможность развивать свои проекты в роли руководителей, помогут реализовать свой исследовательский потенциал, а также получить доступ к самым современным технологиям.