Флуоресцирующие кораллы помогут в борьбе с гриппом

Необычные гетероциклические соединения, проявляющие активность против вируса гриппа, могут стать кандидатами на роль фармпрепаратов.

На вручении премии присутствовали Ненад Павлетич, президент «АстраЗенека Россия»; Аджай Гаутам, исполнительный директор подразделения по сотрудничеству в области R&D на развивающихся рынках компании «АстраЗенека»; Виталий Пруцкий, глава по информационному обеспечению R&D «АстраЗенека» в России и Восточной Европе, глава центра по биоинформатике и прогностической медицине «АстраЗенека» в Санкт-Петербурге. Виталий Пруцкий, в частности, отметил, что «многие фармкомпании, и «АстраЗенека» в том числе, создают партнёрские альянсы с научными группами для совместной разработки инновационных препаратов или необходимых для этого технологий. В России мы также активно ведем поиск сильных научных групп – наших потенциальных партнеров».

Один из проектов-победителей конкурса назывался «Разработка лекарственных кандидатов – аналогов флутимида против вируса гриппа». Его представлял Илья Ямпольский, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН. Начало исследованиям положила новая химическая реакция, которую авторам удалось случайно обнаружить в ходе изучения флуоресценции кораллов. Выяснилось, что в результате этой реакции синтезируются необычные гетероциклические соединения, проявляющие активность против вируса гриппа.

С Ильей Ямпольским беседует корреспондент «Науки и жизни»:

– У каждого открытия есть своя история. С чего и когда началась ваша история? Что побудило Вас изучать флуоресценцию кораллов?

– Ну, открытие – это громко сказано… Я бы сказал, что это некая зацепка для будущих исследований. Мы изучали химическую структуру хромофоров флуоресцентных белков. Дело в том, что в 1999 году в нашем институте, в лаборатории Сергея Лукьянова было впервые показано, что известная широкой публике красивая окраска кораллов (например, в Красном море) обязана своим существованием особого рода белкам. Эти белки интересны тем, что когда они сворачиваются в глобулу, внутри нее оказывается зажат кусочек их собственной аминокислотной цепочки. И, благодаря воздействию всей остальной глобулы, между аминокислотами, оказавшимися в центре глобулы, происходит химическая реакция, в результате которой образуется хромофор – химическая структура, поглощающая видимый свет. До 1999 года был известен только один подобный белок – это GFP (зеленый флуоресцентный белок) из медузы Aequorea victoria. Благодаря открытию Лукьянова сейчас известны сотни GFP-подобных флуоресцентных белков самых разных цветов: голубые, зеленые, красные, желтые и т.д.

Вновь открытые белки получили широкое применение как в научных исследованиях, так и для создания ряда практических технологий, широко использующихся в настоящее время во многих странах мира.

Впоследствии были открыты GFP-подобные белки, обладающие необычным, сложным поведением, например способные менять окраску под воздействием облучения светом с определенной длиной волны (фотопереключаемые белки).

В то же время, обнаружение этого нового класса белков породило ряд фундаментальных вопросов: каково химическое строение хромофоров белков с различными спектральными свойствами (разных цветов); каковы механизмы образования (биосинтеза) хромофоров различного строения?

Я начал заниматься этими вопросами в 2001 году, когда познакомился с Лукьяновым и стал работать в его лаборатории.

– На тот момент Вы уже знали или подозревали, что изучаемые Вами вещества обладают противовирусной активностью?

– Когда мы пытались разобраться со сложным поведением в растворе хромофора желтого флуоресцентного белка из кораллового полипа Zoanthus, для завершения картины как будто не хватало одной детальки пазла.

Оказалось, что в кислой среде с этим веществом происходит необычное превращение – перегруппировка. Мы изучили эту реакцию, определили структуру продукта – 1,6-дикетопиперазина. Таким образом, мы поняли, что происходит с хромофором (пазл сложился), а также получили новый метод синтеза труднодоступных органических молекул. Неожиданно для нас оказалось, что единственной описанной структурой, где встречается 2,6-дикетопиперазиновый скелет, является флутимид – вещество, выделенное из грибов, растущих на помете африканского грызуна – дамана. Флутимид был выделен в 1995 году в ходе массированного скрининга природных образцов на активность против вируса гриппа.

Таким образом мы решили попробовать применить нашу находку для синтеза ряда аналогов флутимида, и испытания полученных веществ на активность против гриппа.

– Расскажите о методах работы.

– Мы стараемся использовать весь арсенал методов экспериментальной органической химии – это методы синтеза, выделения, установления структуры веществ. Большое место в нашей работе занимают спектроскопические методы – масс-спектрометрия, одно- и двумерный ядерный магнитный резонанс, УФ-спектроскопия, флуоресцентная спектроскопия. Очень плодотворным является то обстоятельство, что в нашей лаборатории химики работают бок о бок с биологами, что дает возможность проводить исследования с широким тематическим и методологическим охватом, подходить к решению сложных проблем сразу с нескольких сторон.

– Есть ли закономерности в механизмах действия (и каковы эти механизмы) противовирусных препаратов? На какие системы клетки воздействуют ваши вещества? Как вы их испытывали?

Вирусы – наиболее просто устроенные возбудители инфекционных заболеваний. В частности, вирус гриппа содержит всего 11 белков. Эти белки могут быть мишенями для действия лекарств. Например, молекула действующего вещества может прочно связываться с белком и нарушать его функцию. На сегодня существуют 2 типа лекарств от гриппа – ингибиторы нейраминидазы (фермента, который помогает выйти вирусу из зараженной клетки наружу) и ингибиторы белка М2 (препятствуют попаданию вируса в здоровую клетку). Наши вещества действуют на новую мишень – транскрипционный комплекс гриппа. Это комплекс из трех белков, ответственный за копирование генетического материала вируса. В отличие от нейраминидазы, это не поверхностный белок, он не столь изменчив, и следовательно, можно ожидать, что вирус будет медленнее приспосабливаться к такому лекарству, будет медленнее развиваться устойчивость.

– Сколько человек трудится в команде, кто помогает в работе?

Можно считать командой группу, которой я руковожу. Это аспиранты и студенты, все молодые люди. Ключевую роль в проекте по разработке лекарства от гриппа играет аспирант Михаил Баранов. С другой стороны, наша группа, в свою очередь, входит в лабораторию биофотоники, а та – в отдел (группу лабораторий) ИБХ РАН под руководством С. Лукьянова. Мы работаем слаженно на всех этих уровнях. У нас большая команда.

– Понятно, что такую задачу трудно решить в одиночку. Что нужно для успешной работы? РВК, Фонд «Сколково» – кто мог бы оказать содействие в оснащении лаборатории? Каким Вы видите проект в будущем?

Проект по поиску нового лекарства (drug discovery) традиционно проходит несколько этапов. Первый – это наличие идеи, связанной с новым классом молекул, или новым механизмом действия, или новой мишенью. Второй этап – первичная проверка этой идеи (proof of principle). Эти два этапа мы прошли, самостоятельно, т.к. они требуют по большей части интеллектуальных, а не финансовых инвестиций. На следующих этапах доля интеллектуальных вложений закономерно падает, уступая место вложениям материальным. Это такие этапы, как синтез и скрининг больших библиотек аналогов, доклинические испытания, стандартные фармакологические тесты. Начиная с некоторого этапа, авторы проекта должны передать часть работы в руки профильных специалистов. Наш проект может пройти в моих руках еще одну стадию – синтез и скрининг больших библиотек (SAR – structure-activity study). Это та точка, в которой моя квалификация химика-органика и биохимика все еще будет полезной. Но уже этот этап требует инвестиций от сотен тысяч до миллионов долларов. Мы сейчас ищем сторону, заинтересованную в таком вложении.

– И все-таки, нужно ли лечить грипп, или организм сам должен бороться с болезнью?

В большинстве случаев, к счастью, организм сам справляется с гриппом. Тем не менее, по данным ВОЗ в мире ежегодно от гриппа умирают миллионы людей в год. В частности, это больные с ослабленным иммунитетом. Таким людям, конечно, нужно применять лекарства. Кроме того, вирус гриппа, как известно, постоянно видоизменяется, возникают опасные разновидности (штаммы), в том числе при передаче от человека к животным и обратно. В 1918-19 годах при пандемии гриппа (испанки) умерло 50–100 миллионов человек – больше, чем от мировых войн! «Азиатский грипп» 1957 года и «гонконгский грипп» 1968 года унесли жизни нескольких миллионов людей. Так что, при инфицировании особо патогенными штаммами вируса гриппа (которые возникают раз в несколько десятков лет) также необходимо лечение.

На фото: 1. Коралловый полип Zoanthus. 2. Виталий Пруцкий вручает диплом победителя конкурса «Авангард Знаний» Илье Ямпольскому. 3. Организаторы мероприятия, победители конкурса и участники интерактивной дискуссии «Фармацевтические инновации: из лаборатории – пациенту». 4–5. Коралловый полип Anemonia. 6–8. Коралловый полип Discosoma. 9. Коралловый полип Clavularia. 10. Флуоресцентные белки в пробирках. 11. pH-зависимые превращения хромофора желтого флуоресцентного белка. Перегруппировка с образованием 2,6-дикетопиперазина (слева). 12. Флутимид.