Пущинские ученые обнаружили необычный для грибов фермент, участвующий в специфической модификации стероидов. В природе плесневые грибы могут поражать растения, приспосабливая растительные молекулы под нужды своего метаболизма. Белки, участвующие в таких модификациях, будут полезны в производстве стероидных препаратов, где заменят более дорогие сложные, но не очень эффективные химические реакции. Преобразованные в клетках грибного мицелия вещества будут необходимы фармацевтам, медикам и ветеринарам для лечения гормональных дисбалансов и аутоиммунных заболеваний. Проект поддержан грантом Российского научного фонда (РНФ). Подробнее с результатами работы можно ознакомиться в журнале Fungal Biology, кратко о нем рассказано в пресс-релизе РНФ.
Стероидные препараты обладают очень мощным влиянием на организм человека. К ним относятся желчные кислоты, витамин D3, половые гормоны, и гормоны, регулирующие обмен воды и минеральных веществ, а также вещества, участвующие в воспалительных реакциях и обладающие сигнальными функциями. Сегодня из растительного сырья биологи научились получать целый ряд стероидных соединений, включая половой гормон тестостерон, сигнальный прастерон и предшественник других стероидов андростадиендион. С помощью небольших модификаций из этих молекул можно получить ряд других полезных стероидов.
Большинство биологически активных молекул имеют некоторую ось или плоское кольцо, относительно которых располагаются важные боковые группы. Все стероиды состоят из четырех углеродных колец и заместителей, положение и пространственная ориентация которых определяют специфику биологического действия отдельных веществ. Иными словами, от того, где расположены и в какую сторону будут направлены эти группы относительно жесткого скелета, зависит, будет ли вещество связываться со специфическим белком-рецептором и запускать каскад биологических реакций. Основным преимуществом использования живых клеток в синтезе лекарственных веществ служит возможность специфического преобразования молекул, при котором определенные фрагменты будут обращены в правильную сторону. В условиях химического синтеза чаще всего получается сложноразделимая смесь продуктов, часть которых не будет обладать желаемыми свойствами.
Микробиологи из Пущинского научного центра биологических исследований обнаружили у грибного штамма рода Drechslera способность трансформировать стероидные вещества, такие как андростадиендион, тестостерон и прастерон. Особый интерес для ученых представляли два фермента гриба: первый восстанавливает кетоновую (=О) группу в строго определенном положении (С17), а второй может присоединить гидроксильную (-ОН) группу в другом, также фиксированном месте (С7), но при этом расположить ее по разные стороны от кольца-основы. Продукты работы второго фермента называются С7α- и С7β-гидроксистероиды. Ученые предполагают, что соотношение образующихся продуктов с α- или β-расположением гидроксильной группы зависит от структуры исходного стероидного субстрата.
Ранее в литературе описывались ферменты грибов, образующие преимущественно 7α-гидроксистероиды. Например, польские биологи выявили такой фермент у гриба Beauveria caledonica, который поражает лесных пчел. Выбранный в рамках этой работы род плесневых грибов (Drechslera) интересен не только простотой культивирования в лабораторных условиях. На данный момент уровень его специфической 7β-гидроксилазной активности превосходит все известные аналоги. Кроме того, в пользу использования именно этих грибов говорит возможность управления активностью ферментов. Например, можно увеличить долю продуктов с определенным положением гидроксильной группы путем одновременного внесения стероидного субстрата и мицелия в среду для дальнейшего культивирования. Добавление субстрата к уже зрелому мицелию способствует преимущественно восстановлению 17-кетогруппы.
«Полученные результаты открывают перспективы биотехнологического получения ценных стероидных соединений. В дальнейшем мы планируем выявить ген новой стероидной гидроксилазы и научить бактерии синтезировать ее в больших объемах. Менее прихотливые микробные штаммы позволят дешевле получать стероидные препараты для лечения большого спектра заболеваний», — отметил первый автор статьи Вячеслав Коллеров, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории микробиологической трансформации органических соединений (МТОС) Института биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г. К. Скрябина РАН.