Ученые из Рурского университета в Бохуме (Германия) достигли значительного прорыва в области генетики, научив дрожжевые клетки производить человеческий фермент DNase1. Этот фермент, играющий ключевую роль в лечении таких заболеваний, как муковисцидоз, сепсис и осложнения после COVID-19, способен расщеплять лишнюю ДНК в организме.
## Значимость открытия и его применение
Фермент DNase1 помогает разжижать густую слизь в легких при муковисцидозе и растворять микротромбы при сепсисе и COVID-19. В традиционной практике его получают из клеток яичников хомяка (CHO-клетки), что делает процесс дорогостоящим и длительным: его производство может занять до шести месяцев и стоить до 100 000 долларов за килограмм.
Команда исследователей под руководством профессора Беаты Бранд-Сабери и доктора Маркуса Напирея внедрила ген человеческого DNase1 в дрожжевой гриб Pichia pastoris. Метод, использующий электрические импульсы, позволил дрожжам синтезировать необходимый фермент. После этого фермент был выделен и очищен в биореакторах. Напирей отметил: «Это результат многолетней и трудной работы, который может заложить основу для производства DNase1 в дрожжах».
## Преимущества нового метода
Преимущества использования дрожжей очевидны: они значительно дешевле (в 5–10 раз), быстрее размножаются и устойчивы к патогенам. Однако, несмотря на эти плюсы, выход человеческого DNase1 оказался ниже ожидаемого — в 3–5 раз меньше, чем у его мышиного аналога. Это связано с различиями в структуре белков: человеческий и мышиный DNase1 схожи на 82%. Мышиный фермент легче складывается, что упрощает его синтез. Тем не менее, дрожжевой DNase1 функционален и готов к дальнейшей оптимизации.
## Экономические перспективы
Муковисцидоз затрагивает около 160 000 человек по всему миру, и лечение с использованием DNase1, например, препарата Pulmozyme, обходится в 10 000–30 000 долларов в год на пациента. Использование дрожжевого производства может снизить стоимость терапии на 30–50%, что сделает лечение более доступным для населения в бедных странах и для людей с низким доходом.
Фермент также демонстрирует свою эффективность в лечении сепсиса, инсультов и осложнений COVID-19, так как способен разрушать нейтрофильные внеклеточные ловушки (NETs) — сети ДНК, которые могут закупоривать сосуды. Напирей добавил: «DNase1 может растворять микротромбы, содержащие ДНК, и это действительно впечатляет».
Метод, использующий дрожжи, исключает необходимость в «увековечивании» клеток, как это происходит с клетками хомяка, что значительно сокращает время производства с шести месяцев до 2–3 недель. Это может увеличить глобальную поставку DNase1 на 20–30%.
## Будущее исследования
Ученые планируют оптимизировать дрожжи для повышения выхода человеческого DNase1, что может увеличить производство в 5–10 раз за 3–5 лет. Эта технология также открывает путь для создания других терапевтических белков, что позволит снизить зависимость от клеток млекопитающих. В ближайшем будущем DNase1 может стать основой для ингаляционных или инъекционных препаратов против инсультов и инфекций, что станет значительным шагом вперед в области медицины и фармацевтики.
