Кафедра физико-химической биологии и биотехнологии ФБМФ МФТИ
Rambler's Top100
Физтех-ПорталСхема проездаФорумCайт ИБХCайт ФМБФДругой сайт кафедрыНаписать письмо
 Разделы сайта

 Голосование
В какой форме стоит осуществлять общение 3 курса с администрацией кафедры?

лучше провести встречу, а только потом экскурсию по лабораториям
опубликовать интервью на сайте, а в ИБХ только показывать лаборатории
другое (а что именно, напишите нам в письме)

Результаты
Архив голосований
 Новость подробно
НовостьРентгеновский лазер в борьбе с сонной болезнью
опубликовано: 15.01.2013


Для рентгеновского структурного анализа белковых молекул нужны были кристаллы миллиметровых размеров. Теперь ученые научились обходиться нанокристаллами.

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, сонной болезнью, она же - африканский трипаносомоз - в мире страдают около полумиллиона человек. На первый взгляд, это не так уж много. Скажем, малярией ежегодно заражаются от 300 до 500 миллионов человек, от 1,5 до 3 миллионов человек умирают. Но если малярия, равно как СПИД и туберкулез, постоянно находятся в центре внимания мировой общественности и, главное, фармацевтических фирм, результатом чего стало появление достаточно эффективных лекарственных препаратов, то сонная болезнь входит в основной перечень так называемых "забытых болезней" ВОЗ. Имеются в виду инфекционные и паразитарные тропические заболевания, поражающие преимущественно беднейшие слои населения в наиболее отсталых странах. Разработка средств борьбы с этими недугами значительных прибылей не сулит, а потому фармацевтические фирмы особого рвения тут не проявляют.

Между тем, сонная болезнь зарегистрирована в 36 странах Африки к югу от Сахары. Она вызывается простейшими вида Trypanosoma brucei, переносчиками которых служит муха цеце. Этот вид трипаносомы представлен тремя подвидами, один из которых инфицирует только животных, а два других - и человека. В зависимости от подвида возбудителя принято говорить о двух формах сонной болезни - гамбийской и родезийской: первая встречается в западной и центральной частях континента, вторая - в восточной.

Помимо этиологии, формы эти несколько различаются по симптоматике и течению болезни, однако общее для них то, что паразит, попав в организм, активно размножается, проникает в ткани, кровь, лимфу, а со временем преодолевает гематоэнцефалический барьер и поражает центральную нервную систему, так что без должного лечения уже лет через пять после заражения практически неизбежно наступает смерть.

Некоторые белковые молекулы не желают кристаллизоваться

И вот теперь группа немецких и американских исследователей предложила новый подход к разработке лекарства против сонной болезни. В основе подхода - использование метода рентгеновской кристаллографии для структурного анализа ферментов. Как известно, ферменты - это биокатализаторы, и без них обмен веществ в организме был бы практически невозможен.

Но чтобы понять, как тот или иной фермент функционирует, а тем более, чтобы целенаправленно повлиять на этот механизм, необходимо знать пространственную структуру молекулы фермента. Для построения трехмерных моделей сложных белковых моделей исследователи используют рентгеновскую кристаллографию. "Нам нужны рентгеновское излучение и кристаллы, - говорит Кристиан Бецель (Christian Betzel), профессор кафедры биохимии и молекулярной биологии Гамбургского университета. - Маленькие кристаллы, поперечником в миллиметр или даже несколько меньше".

Кристалл играет роль дифракционной решетки: пучок рентгеновских лучей рассеивается на атомах, для измерения интенсивности и направления этого отраженного излучения служит рентгеновский дифрактометр. В результате формируется изображение, которое и позволяет исследователям судить о пространственной структуре биокристалла, а значит, и о механизме действия лежащей в его основе биомолекулы.

Проблема лишь в том, что вырастить кристаллы миллиметровых размеров удается отнюдь не из любого белка. В частности, очень плохо поддаются кристаллизации и молекулы фермента, жизненно важного для возбудителя сонной болезни. Профессор Бецель поясняет: "Мы изучаем этот фермент вот уже 6 лет, потому что он играет ключевую роль в организме паразита, с которым мы хотим покончить. Если этот фермент отсутствует, паразит нежизнеспособен. Значит, вещество, блокирующее этот фермент, может стать основой для эффективного средства борьбы с трипаносомой. Но чтобы найти такое вещество, мы должны знать структуру молекулы этого фермента во всех деталях".

Главная трудность - выявить различия между сходными ферментами

Дело осложняется тем, что и в организме человека присутствует фермент, очень похожий на фермент трипаносомы. Ясно, что будущий лекарственный препарат должен блокировать исключительно фермент паразита, а не сходный с ним фермент человека, а потому выявление различий между этими ферментами обретает особое значение.

Поскольку же из этих ферментов удалось вырастить лишь мельчайшие нанокристаллы, для их структурного анализа исследователям пришлось воспользоваться самым мощным в мире рентгеновским лазером на свободных электронах, расположенным в Стэнфорде, штат Калифорния. Ларс Редеке (Lars Redecke), коллега профессора Бецеля, говорит: "Лазерный импульс высокой энергии, попадая в кристалл, мгновенно его уничтожает. Кристалл испаряется, исчезает, но дифракционная картинка успевает сформироваться до этого, и мы успеваем ее зарегистрировать".

Эти процессы протекают с немыслимой скоростью: между попаданием лазерного импульса в кристалл и разрушением кристалла проходит 50 квадриллионных долей секунды, но рентгеновская дифрактограмма готова уже через 10 квадриллионных долей секунды. Но дело, естественно, не ограничилось одной дифрактограммой, говорит Ларс Редеке: "Нам понадобилось очень-очень много кристаллов - примерно миллиард. От каждого из них мы получили рентгеновскую дифрактограмму, и потом компьютер на этой основе выдал нам ту самую пространственную структуру, за которой мы и охотились".

Этот инновационный метод изучения структуры миниатюрных биокристаллов вошел в десятку наиболее выдающихся научных исследований минувшего года по версии журнала Science. Но как скоро он приведет к созданию эффективного средства против сонной болезни, профессор Бецель пока сказать не может: "Мы закладываем основы. Через несколько лет дело дойдет, наверное, до опытов на животных. Возможно, это позволит найти подходящее биологически активное вещество - основу будущего препарата. Нам предстоит пройти долгий путь, но первый шаг в нужном направлении мы уже сделали".

По материалам сайта www.dw.de



  Новости
Конкурс инновационных проектов в области медицины и биотехнологии
Открыт новый механизм взаимодействия клеток
Американские ученые "подсветили" возбудителей туберкулеза
Найден клеточный механизм развития астматического приступа
Известный белок устраняет боль в восемь раз эффективнее морфина
Десять важнейших открытий 2007 года. Версия журнала «Science»
Пластиковые пробирки поставили под сомнение все биологические эксперименты
Зажигательные наноснаряды поражают опухолевые клетки
Открыт новый принцип действия антибиотиков
Хроническую боль будут лечить генной терапией
Химики преодолели главное препятствие на пути к абиогенному синтезу РНК
Рибозимы могут размножать друг друга
Рентгеновский лазер в борьбе с сонной болезнью
Дарвиновская эволюция без участия генов
Уточнен механизм работы натрий-калиевого насоса
Тайна происхождения рибосом разгадана?
Гомологичные ДНК способны узнавать друг друга
Обнаружен недостающий этап формирования живых организмов
Биологи создали клетки с искусственной генетической памятью
Почти все человеческие гены кодируют более одного белка
Клетки организма общаются с помощью посланий, упакованных в микровезикулы
Обнаружены новые механизмы внутриклеточных процессов
Новый фермент поможет в лечении рака
Микрочип выявляет раковые клетки в крови
Мыши-мутанты не становятся наркоманами
3D-нанозонды творят чудеса
Выявлен ключевой фактор стабильности белков
Деревья с генами кролика ускоряют очистку почвы
Программа перестройки генома записана в РНК
Ученые нашли причину сезонных эпидемий гриппа
Лекарства без металлов
На глубине 1626 м под уровнем морского дна обнаружена богатая микробная жизнь
Управление синтезом тРНК может помочь в лечении раковых заболеваний
Раскрыта структура «фермента старения»
Год перепрограммированных клеток
Открыт новый способ прочтения генетического алфавита
Нобелевская премия по химии - 2008
Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2008
Найден главный белок, управляющий формированием памяти
Создан прототип биологического компьютера
Кишечные бактерии защищают от диабета
Перекомбинирование фрагментов белковых молекул — быстрый способ создания новых признаков
В США испытывают вакцину от кокаина
Ученые вылечили мышей от цирроза печени
Найден способ избежать передачи генетических заболеваний по наследству
Расширение белковой вселенной продолжается
Российские ученые "научили" белки собирать наночастицы
Найдена "ахиллесова пята" малярийного паразита

Новость Посмотреть архив