Учёные открыли 33 белка бактериальных спор для создания лекарств и биокатализаторов

Бактериальные споры — одна из самых живучих форм жизни на планете. Некоторые из них переживают кипячение, экстремальный pH, органические растворители и воздействие ультрафиолета. Именно эта феноменальная устойчивость сделала их перспективным инструментом для биотехнологий: если прикрепить к поверхности споры нужный белок — фермент, антиген или лекарственную молекулу — он тоже приобретёт эту стойкость, что открывает массу практических возможностей.

Проблема состояла в том, что до недавнего времени из почти 50 белков оболочки споры Bacillus subtilis лишь 12 было проверено как подходящие «якоря» для присоединения посторонних молекул. Исследователи Университета Тафтса решили устранить этот пробел.

Расширение карты: от 12 до 33

Команда под руководством профессора Ника Наира провела масштабный скрининг белков оболочки споры на возможность слияния с функциональными молекулами. Методология оказалась элегантной: к каждому из 44 исследованных белков присоединяли маркерный фермент GUS (глюкуронидаза), после чего проверяли активность на поверхности готовой споры. Синие колонии на питательной среде — сигнал успешного слияния.

В итоге выявлено 33 пригодных белка-якоря — почти втрое больше, чем было известно ранее. Находка принципиально меняет возможности технологии спорового дисплея.

Что значит больше якорей

В качестве доказательства концепции исследователи использовали выявленные белки для прикрепления к споре фермента, разрушающего ПЭТ — твёрдый пластик, из которого делают бутылки для воды и детали автомобилей. Разные белки-якоря давали разные результаты:

• Белок SscA обеспечил в четыре раза более высокую ферментативную активность, чем любой другой из 33 в отношении мономеров ПЭТ в растворе.
• Белок CotY лучше всего работал при контакте с твёрдым ПЭТ — его пространственное положение на поверхности споры обеспечивало лучший доступ фермента к субстрату.

Это демонстрирует ключевой принцип: выбор якорного белка критически важен и зависит от конкретного приложения. До этого исследования у учёных просто не было выбора — теперь он есть.

Практические применения

Расширенная библиотека белков-якорей открывает несколько направлений:

• Разработка лекарств. Споры с прикреплёнными антигенами или антителами — перспективная платформа для создания вакцин и диагностических агентов, не требующих холодильного хранения.
• Промышленные ферменты. Споровые биокатализаторы устойчивы к высоким температурам, кислотам и органическим растворителям — условиям, при которых обычные ферменты быстро теряют активность.
• Биоремедиация. Уничтожение загрязнителей (пластиков, нефтяных компонентов) с помощью споровых ферментов в тяжёлых условиях промышленных сред.
• Скрининг новых соединений. Споры с прикреплёнными рецепторами или ферментами можно использовать для высокопроизводительного поиска новых биологически активных молекул.

Важная практическая черта споровых систем — возможность повторного использования. По завершении реакции споры можно магнитно или центрифужно отделить от раствора и применить снова. Это принципиально отличает их от свободных ферментов, которые работают лишь однажды.

Читайте также по теме: Шаг Центробанка удивил – что скрывается за решением по ключевой ставке.

Исследование финансировалось Национальным научным фондом США. Профессор Наир и его коллеги планируют продолжить работу, ориентируясь на конкретные биомедицинские и промышленные применения наиболее перспективных из выявленных белков-якорей.