Диагностические тесты и лекарства часто создают на основе антител — белков, которые умеют находить и связывать определённые молекулы. Но у антител есть минусы: они нестабильны, требуют сложного производства и быстро разрушаются вне организма. Альтернативой могут стать аптамеры — короткие цепочки ДНК или РНК, которые работают по тому же принципу, но гораздо прочнее и дешевле. Проблема в том, что найти подходящий аптамер среди триллионов возможных последовательностей — всё равно что искать иголку в стоге сена. Раньше на это уходили месяцы. Учёные из Института органической химии и биохимии в Праге (IOCB Prague) под руководством Марека Ондруша и профессора Михала Хоцека нашли способ сократить этот процесс до нескольких дней.
Как ускорили поиск аптамеров
Исследователи полностью изменили подход к скринингу. Вместо того чтобы перебирать каждую цепочку по одной, они сначала выделили целые «семейства» связанных последовательностей. Среди сотен похожих вариантов затем выбирают самый эффективный. Такой метод сокращает время разработки с нескольких месяцев до пары суток. «Мы ищем не одну иголку, а сразу целый пучок, а потом выбираем лучшую», — пояснил Ондруш.
Новый способ не только быстрее, но и точнее. Он позволяет находить аптамеры, которые связываются с мишенью очень плотно и избирательно. Это особенно важно для диагностики, где нужна высокая чувствительность.
Химические доработки: что они дают
Команда пошла дальше и научилась химически изменять строительные блоки аптамеров — нуклеотиды. Если добавить к ним группы, похожие на те, что встречаются в аминокислотах, то молекула начинает сочетать свойства ДНК и антител. С одной стороны, её последовательность закодирована в ДНК, а с другой — химические «навески» расширяют способность распознавать биологически важные мишени. В результате аптамер может имитировать белковые взаимодействия, которые лежат в основе многих процессов в организме.
Исследователи показали, что такие модифицированные цепочки работают даже там, где обычные аптамеры бессильны. Химические добавки не только помогают узнавать нужную молекулу, но и укрепляют структуру самого аптамера, делая его более стабильным.
Проверка на инсулиновом рецепторе
Свою технологию учёные испытали на инсулиновом рецепторе — белке, который контролирует уровень сахара в крови. Они создали аптамер, который цепляется к этому рецептору очень избирательно, и с помощью криоэлектронной микроскопии разобрали, как именно происходит связывание. Оказалось, что ключевую роль играют именно те химические группы, которые добавляли искусственно. Они и рецептор узнают, и комплекс удерживают, и структуру аптамера стабилизируют.
Этот эксперимент — наглядное доказательство того, что модифицированные нуклеиновые кислоты могут копировать важные свойства белков. По сути, учёные научились делать синтетические молекулы, которые работают почти как природные антитела, но гораздо надёжнее и проще в производстве.
Что дальше: замена антителам
Новая технология может стать основой для диагностических тестов нового поколения. Аптамеры не требуют холодильников для хранения, их можно синтезировать в промышленных масштабах и модифицировать под любую задачу. В некоторых областях они способны полностью вытеснить антитела — например, в экспресс-тестах, датчиках или биосенсорах.
Сейчас разработчики сотрудничают с компанией IOCB Tech, которая помогает внедрять научные открытия в реальную клиническую практику. Если всё пойдёт по плану, первые коммерческие продукты на основе таких аптамеров могут появиться уже через несколько лет.
Результаты работы опубликованы в авторитетном научном издании. В исследовании участвовали Пабло Альберто Франко-Уркихо и другие специалисты из Праги. Подробности можно найти в оригинальной статье.
Технология, которая ещё недавно казалась лабораторным экспериментом, уже превращается в реальный инструмент для медицины. Если раньше создание одного аптамера занимало целые месяцы и требовало огромных усилий, то теперь это вопрос нескольких дней. Химические модификации открывают дорогу к молекулам, которые сочетают точность антител с устойчивостью ДНК. Вполне возможно, что именно такие синтетические аналоги станут основой диагностики будущего — более быстрой, дешёвой и доступной каждому.
