Белки. Дружелюбная технология
Что такое белковая инженерия, и какие возможности она открывает, рассказывает Иван Гущин, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ, кандидат физико-математических наук.
Белки — широко распространенные в живой природе молекулы, которые выполняют огромное количество функций. Иногда нас полностью устраивает то, что они делают, иногда мы думаем, что можно сделать лучше, и тогда возникает мысль — а не попробовать ли целенаправленно их изменить? В этом и заключается белковая инженерия.
Живее всех живых
В отличие от других материалов или молекул, белки синтезируются живыми системами, и это самый простой и дешевый способ их получать. Поэтому, когда мы говорим о белковой инженерии, то это подразумевает, что сначала мы изменяем ген, кодирующий этот белок, а потом уже получаем белок при помощи живой системы. Это, с одной стороны, ограничивает наши способности по инженерии, а с другой — дает надежду получать белки максимально экологически безопасными способами.
Белки могут быть очень разнообразными, хотя всегда состоят из одних и тех же 20 аминокислот, но в разных комбинациях. Соответственно, они могут выполнять разные функции. Первый наш проект — это инженерия светящихся белков. Это важно для фундаментальных и прикладных исследований, когда мы хотим посмотреть на живые системы и увидеть то, что само по себе бесцветно, или посмотреть сразу на несколько процессов одновременно. Один из способов сделать это — пометить интересующие нас объекты флуоресцентным белком. Мы стараемся сделать белки, которые будут работать, например, в бескислородных условиях, в среде с высокой температурой и так далее.
Некоторые любят погорячее
Это нужно для ряда исследований — например, чтобы понять процесс бактериального заражения в условиях, когда нет кислорода, или при повышенной температуре. Известно, что помимо привычных нам бактерий, живущих при комнатной температуре, существуют микроорганизмы, которые прекрасно себя чувствуют при 80°C и, что называется, в ус не дуют.
Как мы находим нужные белки? Изначально мы анализируем геномные базы данных. В природе есть огромное количество бактерий, люди научились их секвенировать и выкладывать эту информацию в общий доступ. Но это первый шаг. Дальше эти данные лежат и ждут, когда кто-то ими воспользуется. Мы эти базы данных анализируем, находим те белки, которые имеют шанс светиться, синтезируем ген, помещаем его в кишечную палочку и смотрим, получается ли из этого гена белок, который нам нужен. Сначала мы находим белок, который хоть как-то светится, а потом начинаем рационально его улучшать.