Версия для печати
Вернуться к списку

ИЗЫСКАТЬ ИСКОМЫЕ

УЧЕНЫЕ ОТТАЧИВАЮТ СКРИНИНГОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

На недавнем заседании Президиума РАН обсуждалась одна из самых актуальных тем в отечественной науке - использование скрининговых технологий в решении проблем комбинаторной химии, биологии и биомедицины. С основным докладом выступил директор Института биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН академик Александр Габибов, с содокладами - научный руководитель Института физиологически активных веществ РАН член-корреспондент РАН Сергей Бачурин и доктор химических наук Петр Сергиев из МГУ им. М.В.Ломоносова. Напомним, что скрининг - это отбор из молекулярного и клеточного биоразнообразия соединений с необходимыми свойствами, а комбинаторная химия - метод поиска биологически активных веществ путем массового синтеза серий аналогичных соединений с различными заместителями и их массового скрининга.

- Комбинаторная химия и биология являются знаковыми технологиями в биомедицине и вообще в области наук о жизни в XXI веке. Мы вступили в эру больших данных. В химии и биологии это связано с задачей создания комбинаторных библиотек химических соединений и библиотек, содержащих генетическую информацию. Это то, что может дать толчок развитию и получению новых микроорганизмов, стать основой синтетической биологии и иметь большое народно-хозяйственное значение. В процесс открытия лекарств вовлечен широкий круг академических лабораторий и малых биотехнологических компаний, - начал выступление Александр Габибович.

Академик рассказал об отборе соединений с необходимыми свойствами и рассмотрел этот вопрос в контексте задач, которые сегодня ставят наука и промышленность.

- Недавно была предложена идея создания ДНК-кодированных химических библиотек (DNA-encoded chemical libraries). Иными словами, сегодня есть возможность закодировать любое химическое соединение, «пришить» к нему фрагмент ДНК и таким образом познавать свойства этого химического соединения, - сообщил А.Габибов, добавив, что так родилась теория и практика соединения между химией и биологией.

Новые технологии позволяют получать новые лекарства. А.Габибов остановился на том, что могут дать современные QM/MM (quantum mechanics/molecular mechanics) технологии, как создаются белки с новыми функциональными возможностями («эволюция» в пробирке) и т.д.

Например, известно, что отравление фосфорорганическими ядами приводит к параличу нервной системы как животных, так и людей. Чтобы сделать антидот к фосфорорганическим токсинам на основе антител, можно использовать комбинаторные библиотеки для разработки новых биокатализаторов. При этом, отметил исследователь, уже необязательно проводить эксперименты на животных - можно получать соответствующие антитела in vitro.

- Сегодня технологии супервычислений и расчетов реакций, которые эти антитела могут производить, замыкаются на виртуальной и материальной скрининговой ситуациях, - отметил Александр Габибович. - Была создана синтетическая библиотека иммуноглобулинов. Удалось извлечь из очень большого репертуара интересный образец искусственного антитела, который захватывал такой пестицид. Речь идет о созревании антител in silico, то есть «с помощью компьютерной симуляции».

Таким образом, заключил ученый, комбинация инструментальных и теоретических методов может рассматриваться как эффективная стратегия создания искусственных биокатализаторов/«байндеров» de novo.

Другой подход, по словам А.Габибова, заключается уже в материализации скрининга. Это микрофлюидная платформа высокопроизводительного скрининга для анализа биоразнообразия.

- Мы предложили свой путь - впервые разработали систему автоматического скрининга в «каплях» (искусственных клетках). Применяя эту технологию, смогли получить фермент с дополнительными свойствами, - рассказал академик.

Ученый привел любопытный пример. Как оказалось, микробиота ротовой полости сибирского медведя может быть альтернативным источником «убийц» золотистого стафилококка. Обнаружить это удалось именно благодаря скрининговым технологиям.

Кроме того, Александр Габибович рассказал о применении скрининговых технологий для поиска химерных антигенных рецепторов (CAR-T) для борьбы со злокачественными опухолями, о персонифицированной противоопухолевой терапии и т.д.

Председатель Научного совета РАН по медицинской химии Сергей Бачурин говорил о роли скрининговых технологий в поиске новых препаратов.

Обычный путь создания лекарства - от синтеза до рынка - занимает 10-15 лет и требует около 1,5-2 миллиардов долларов вложений, проинформировал ученый. Соединений открыто много, а новых зарегистрированных лекарств мало. В 2017 году мировой фармацевтический рынок составил 789 миллиардов долларов США. Прогнозируется, что в
2024-м его объем достигнет 1,2 триллиона долларов, при этом в РФ фармрынок в 2018 году оценивался всего в 1,663 миллиарда рублей.

Всегда считалось, что если вещество лечит, то это - лекарство. Сегодня отношение к отбору лечебных средств и методов изменилось, отметил докладчик. По словам С.Бачурина, скрининг большого числа соединений строится по нескольким направлениям. Фенотипический скрининг обеспечивает первичный отбор веществ по способности блокировать или предотвращать развитие заболевания на адекватных ex-vivo-моделях (образцах живой ткани, перенесенной в искусственную среду).

При этом помимо отбора перспективных структур возможно установление новых вероятных биомишеней, на которые могут действовать потенциальные лекарственные вещества. Мишень-ориентированный скрининг строится по заранее выбранным биомишеням, которые участвуют в развитии патологий. Он более производителен, но ограничен выбором уже известных мишеней, уточнил Сергей Олегович.

Все большее значение начинает играть виртуальный (компьютерный) скрининг соединений, который может проводиться с огромным количеством возможных структур, число которых достигает десятков миллионов. В итоге все стратегии скрининга приводят к отбору наиболее эффективных соединений (лидеров), которые методами медицинской химии можно оптимизировать и превратить в лекарственные кандидаты, направляемые на доклинические и в случае успеха на клинические испытания.

С.Бачурин показал основные этапы виртуального скрининга (in silico), то есть отбор наиболее вероятных перспективных структур среди множества доступных, и рассказал, что на кафедре медицинской химии МГУ успешно проведен виртуальный скрининг 22 миллионов структур, который позволил выявить 20 потенциальных ингибиторов танкиразы (фермент, один из видов посттрансляционной модификации белков), семь из которых были испытаны, два соединения проявили активность, причем одно - в наномолекулярном диапазоне концентраций.

По мнению С.Бачурина, для эффективного скрининга потенциальных лекарственных кандидатов необходимо много условий. Это наличие реальных (и виртуальных) баз данных химических соединений, программных средств для анализа связи «структура - активность» и предсказания свойств перспективных соединений, современных биологических скрининговых систем для оценки свойств большого массива данных и, конечно, возможность проверить отобранные структуры на адекватных животных моделях.

Сергей Олегович предложил инициировать проект по созданию в России единой химико-биологической платформы скрининга комбинаторных и фокусированных библиотек соединений. Он мог бы обеспечить прорыв в производстве отечественных инновационных лекарственных препаратов. Все это должно завершиться модернизацией элементов интегрированной сети биологического скрининга в России на базе академических центров.

Президент РАН Александр Сергеев поддержал это предложение.

Доктор химических наук Петр Сергиев рассказал о высокопроизводительном скрининге бактериальных соединений и проблемах поиска новых антибиотиков.

По словам ученого, доля устойчивых к антибиотикам штаммов растет, а число новых антибиотиков, введенных в практику, заметно снижается из года в год. Так, например, ВОЗ сняла рекомендацию использовать фторхинолоны для лечения гонореи в связи с повсеместной устойчивостью. В 10 странах зарегистрированы случаи устойчивости к цефалоспоринам 3-го поколения (последняя линия терапии). В 105 странах - случаи XDR туберкулеза, устойчивого к ряду антитуберкулезных препаратов.

Как рассказал Петр Владимирович, в МГУ создан репортерный штамм бактерий, с помощью которого можно легко определить не только антибактериальную активность химического соединения, но и мишень, на которую антибиотик действует в бактериальной клетке. К настоящему времени с помощью репортерного штамма и роботизированной станции, приобретенной в рамках программы развития МГУ, проанализированы свыше 100 тысяч соединений. Найден механизм действия нескольких антибиотиков с ранее неизвестной мишенью. Среди них - амикумацин, антибиотик, замедляющий перемещение мРНК по рибосоме.

Сотрудничество с коллегами из МФТИ и Института биохимии и генетики УФИЦ РАН, отметил П.Сергиев, позволило обнаружить антибактериальные вещества, активные против социально значимых патогенов, таких как золотистый стафилококк и сине-гнойная палочка.

Научный руководитель Тихо-океанского института биоорганической химии им. Г.Б.Елякова ДВО РАН Валентин Стоник посвятил свое выступление поиску новых природных биологически активных соединений и их продуцентов.

В частности, ученый рассказал, что организованы более 50 морских экспедиций ТИБОХ практически во все районы Мирового океана, продолжаются сбор и изучение наземных растений во всем Дальневосточном регионе. Были выделены первые представители более 10 новых структурных групп природных соединений. Всего в результате скрининга, выполненного во время экспедиций, и последующих работ в институте выделены несколько тысяч веществ, из них более 600 - новых природных соединений, в том числе антибиотики, вещества, токсичные для опухолевых клеток, кардиоактивные соединения, иммуностимуляторы, ферменты, биоактивные полисахариды.

Валентин Аронович отметил, что одной из важных задач являются поиск продуцентов новых антибиотиков морского происхождения, выделение и установление структур целевых соединений. Но средств на проведение экспедиций недостаточно.

- Исследователи крайне плохо обеспечены реагентами, в частности антителами, ферментами, клеточными линиями, стабильными изотопами, необходимыми для биоиспытаний. Невозможно оперативно получать наборы импортного производства, так как отсутствует практика таможенного благоприятствования для таких товаров. Кроме того, быстро устаревает приборная база, и имеются трудности с ремонтом существующей приборной техники, - посетовал академик.

Руководитель подразделения Института биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякинга и Ю.А.Овчинникова РАН доктор химических наук Илья Ямпольский представил скрининговую систему на основе первого в мире генетически кодируемого люминесцентного каскада.

Доктор биологических наук Дмитрий Чудаков из того же института рассказал об исследованиях адаптивного иммунитета - системы, которая защищает организм от широкого спектра инфекционных и онкологических угроз.

- Мы первыми применили молекулярное баркодирование, которое позволяет на выходе нормировать данные, идеально сравнивать разнообразие образцов и пересечение репертуаров, а также исправлять ошибки, - заявил исследователь.

По словам Д.Чудакова, разработано антитело, которое дает возможность уничтожить небольшую популяцию Т-клеток в организме. Это - представитель нового поколения в таргетной иммунотерапии. Уже в следующем году пройдут его клинические испытания.

Трансляция CAR-T терапии в клиническую онкогематологию стала темой выступления заместителя гендиректора Национального медицинского исследовательского центра детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева, директора Высшей школы молекулярной и экспериментальной медицины Михаила Масчана.

Начальник ФГБУ «48 ЦНИИ» Минобороны член-корреспондент РАН Сергей Борисевич, представляя скрининговые работы в вирусологии, в частности, отметил, что некоторые исследователи ошибочно используют низкие дозы инфицирования в опытах, при которых гибель в контрольной группе животных составляет 20-50%. И в итоге получают завышенные данные по протективной эффективности исследуемых препаратов (при гибели ниже 50% защитная эффективность может составлять 80% и больше). По мнению ученого, необходимо использовать тот вариант инфицирования лабораторного животного, который соответствует естественному пути заражения человека.

С.Борисевич также представил коллегам полный цикл работ по созданию промышленной технологии получения субстанции и лекарственной формы противовирусного препарата «Триазавирин» с широким спектром действия. По мнению ученого, именно кооперация институтов химического, биологического и медицинского профилей позволяет
отечественному здравоохранению успешно продвигать эффективные противовирусные средства в современных условиях.

Заместитель министра здравоохранения Сергей Краевой предложил создать рабочую группу
в Минздраве, которая помогала бы готовить пакеты документов для легализации новых медпрепаратов.

А.Сергеев настоятельно посоветовал включить в текст итогового постановления президиума предложение подключиться к программе «Фарма-2030» и обратиться в Минобрнауки с просьбой оказать содействие институтам в приобретении и ремонте инструментальной базы, необходимой для скрининговых технологий.

Академик Сергей Алдошин добавил, что материальная база не сможет эффективно функционировать без поддержки существующих и создания новых вивариев и питомников при научных организациях и университетах.