Хронический дефицит донорской крови является одной из самых актуальных проблем в мировой медицине. На сегодняшний день единственной альтернативой, которую могут использовать врачи в экстренных случаях, является сыворотка или солевые растворы. Но сыворотка, так же как и полноценная кровь, имеет небольшой срок хранения, а изотонические растворы пригодны лишь для того, чтобы недолгое время поддерживать нормальную работу сердца.
Настоящим спасением может стать массовое производство искусственной крови. Исследования в этой области продолжаются не один десяток лет, но существующие разработки отличаются высокой стоимостью и обладают различными побочными эффектами.
Основным компонентом кровяных клеток, ответственным за перенос кислорода к тканям, является гемоглобин. Этот белок связывает молекулы кислорода не только с помощью химических связей, но и за счёт изменения своей структуры. Его молекулы имеют водонепроницаемый карман, в котором скрывается связывающая кислород гем-группа, и могут разворачиваться, чтобы захватывать кислород, и сворачиваться, чтобы удерживать его внутри. Именно сложное строение гемоглобина является сдерживающим фактором, затрудняющим исследование особенностей его структуры для эффективного искусственного синтеза.
Команда биохимиков из Университета Райса обнаружила, что упростить производство синтетической крови может использование ультрастабильных белков из мышц китов. Джон Олсон (John Olson) и его коллеги изучали свойства миоглобина – белка, который накапливает кислород в мышечных клетках и очень похож на гемоглобин. Учёные разработали простой метод, который позволяет изучать состав и оценивать уровень производства миоглобина в живых клетках и за их пределами без сложной длительной подготовки. С его помощью они выяснили, что на стабильность разных форм белка влияют отличия в их аминокислотных последовательностях. Это было особенно заметно на предшественнике миоглобина – апомиоглобине, который сразу после образования лишён гем-группы. Исследователи научились легко определять стабильность этого белка по содержанию химических элементов, побуждающих молекулу разворачиваться.
Оказалось, что у морских млекопитающих, в отличие от большинства других животных и человека, молекулы миоглобина обладают высокой стабильностью и практически не раскрываются. Именно это обстоятельство позволяет им накапливаться в клетках в большем количестве.
"Киты и другие глубоководные животные могут упаковать в своих мышцах в 10-20 раз больше миоглобина, чем мы, и это позволяет им накачать большой запас кислорода непосредственно в скелетные мышцы и оставаться активными даже при длительной задержке дыхания, – объясняет Олсон в пресс-релизе. – Мясо кита отличается тёмным цветом именно потому, что заполнено миоглобином, который способен удерживать кислород. Но когда миоглобин только произведён, он ещё не содержат гем-группы, и мы обнаружили, что особая устойчивость такой свободной от гема формы является ключевым фактором, который позволяет клеткам производить большое количество миоглобина".
Открытие представляет большой интерес, потому что команда Олсона давно ищет способ производить большое количество гемоглобина для искусственной крови с помощью генно-модифицированных бактерий. Учёные говорят, что гемоглобин и миоглобин очень похожи, а значит, результаты работы, опубликованной в издании Biological Chemistry , можно интерпретировать и для главного белка крови человека. Используя свой новый метод, учёные смогут быстрее изучить множество разновидностей гемоглобина, чтобы найти наиболее стабильные формы, и повысить эффективность его синтеза.
259
