Учёные МФТИ совместно с коллегами из НТУ «Сириус», ФМБЦ имени А. И. Бурназяна, компании «Онкобокс», Курчатовского института и других институтов научились быстрее находить противоопухолевые вещества в экстрактах микроводорослей и цианобактерий, а также определять механизм их действия. Об этом сообщили в пресс-службе МФТИ.
Микроводоросли и цианобактерии представляют собой обширный и малоизученный источник биологически активных соединений. Уже выделено более тысячи веществ с антиоксидантными, антибактериальными, противовирусными и противоопухолевыми свойствами. Однако потенциальное разнообразие этих организмов значительно больше: по разным оценкам, существует от 200 до 800 тысяч видов, в то время как в базе данных AlgaeBase зарегистрировано около 176 тысяч видов и внутривидовых форм. Поэтому поиск новых соединений часто требует длительных и сложных экспериментов.
Для упрощения этого процесса авторы предложили систему функционального скрининга, которая объединяет профилирование экспрессии генов в человеческих клетках, анализ молекулярных путей и прямое тестирование цитотоксичности. Для обработки результатов использовалась платформа Oncobox.
В ходе эксперимента учёные исследовали 48 экстрактов, полученных из 28 штаммов микроводорослей и 20 штаммов цианобактерий, относящихся к девяти различным классам. Прямой тест на жизнеспособность клеток показал цитотоксическую активность у восьми из них.
Прогноз, основанный на изменениях молекулярных путей в клетках, совпал с результатами прямого теста в 92% случаев, и система не дала ни одного ложноположительного результата.
Чтобы выяснить, может ли метод указывать на механизм действия активных образцов, учёные подробно изучили самый эффективный экстракт – Nostoc sp. SBV-48. Исследование выявило активацию 25 молекулярных путей, связанных с клеточной гибелью, всего затронуто 290 путей. В частности, была активирована митохондриальная система апоптоза, при которой клетка сама запускает процесс своей гибели, а также наблюдались изменения в сигнальном пути интегрин-связанной киназы, участвующем в перестройке цитоскелета.
Последующий химический анализ показал, что основным цитотоксическим компонентом экстракта является Cryptophycin-1 – циклический депсипептид, подавляющий динамику микротрубочек. Его концентрация составляла всего около 0,01% от массы экстракта.
Также исследователи обнаружили ранее неизвестную активность в отношении клеток HL-60 у трёх штаммов десмидиевых водорослей – Closterium sp. SBV86, Cosmarium sp. SBV90 и Spondylositum planum SBV92. Во всех трёх экстрактах наблюдалось подавление Е-кадгеринового пути, регулирующего клеточную адгезию и подвижность. Анализ также показал снижение экспрессии ряда онкогенов и протоонкогенов.
«Исследовать это разнообразие непросто – при большом количестве образцов процесс становится длительным и дорогим. Мы предложили следующий подход: сначала воздействуем экстрактом микроводорослей на клетки лейкоза HL-60, затем смотрим, как меняется активность генов, и по этим изменениям восстанавливаем картину того, какие молекулярные процессы в клетке были затронуты. Это позволяет выбирать, какие экстракты стоит исследовать дальше», – рассказал Денис Кузьмин, доктор наук, директор Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ.
Денис Кузьмин утверждает, что новая система позволяет уже на начальном этапе отсеять большинство образцов и сосредоточить дорогостоящие химические и фармакологические исследования на самых многообещающих. Существует более сотни тысяч видов микроводорослей, и проверить каждый из них традиционным способом практически нереально. Этот метод позволяет расширить поиск: одновременно оценивать множество экстрактов, сравнивать их и сразу выявлять, какие клеточные процессы они влияют. Это значительно ускоряет поиск новых молекул для создания противоопухолевых препаратов и других биологически активных веществ.
Пока метод был протестирован только на одной линии опухолевых клеток – HL-60, поэтому обнаруженные эффекты нельзя автоматически распространить на другие типы опухолей. В будущем исследователи планируют проверить перспективные кандидаты на других опухолевых моделях и на нормальных клетках, провести более обширную фармакологическую проверку и оптимизировать набор генов для профилирования. Результаты работы были опубликованы в журнале Pharmaceuticals.
Водоросли используют не только для поиска лекарств, но и для поддержки здоровья. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», в Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ создали растительный питьевой комплекс на основе олигомеров L-фукозы из бурой водоросли. Напиток поддерживает микрофлору кишечника и иммунитет.