Ученые из Германии сообщили о значительном прогрессе в открытии дверей аптечки на основе углеводов в 21 веке. Гораздо больше, чем просто картофель и макароны, эти углеводы могут стать основой новых революционных вакцин и лекарств для борьбы с малярией, ВИЧ и целым рядом других болезней.
Выступая на 237-м Национальном собрании Американского химического общества, Питер Х. Сибергер, доктор философии, описал разработку автоматического синтезатора углеводов, устройства, которое строит эти сложные молекулы за несколько часов, а не месяцев или лет, необходимых для существующей технологии.
«Наш автоматический синтезатор теперь является самым быстрым способом получения сложных углеводов», - говорит Сибергер, главный исследователь исследования. «В настоящее время нет доступных конкурентных методов. Сегодня, если люди, работающие в области биологии, сталкиваются с проблемой, связанной с углеводами, они обычно бросают ее, потому что нет доступных инструментов. Они не могут купить что-либо по каталогу. Это становится королевской болью. в шею."
Ученые, пытающиеся синтезировать ДНК и молекулы на основе белков, испытывали аналогичные проблемы десятилетия назад, до изобретения автоматизированных синтезаторов ДНК и белков. Эти устройства помогли начать революцию в генетике и протеомике. Синтезатор углеводов может сделать то же самое для новых областей гликохимии и гликобиологии, названных в честь углеводных сахарных цепей, известных как «гликаны».
В 2001 году Сибергер и его коллеги сообщили о разработке прототипа синтезатора. По словам Сибергера, последняя версия, впервые представленная на Национальном собрании ACS, теперь полностью автоматизирована, работает намного быстрее и может управляться неспециалистом. Разработанный в Швейцарском федеральном технологическом институте в Цюрихе, прибор производит значительное количество молекул углеводов, которые до сих пор были практически недоступны.
Углеводы - сложные молекулы для построения из-за их сложной разветвленной структуры. Поэтому вместо того, чтобы пытаться создавать углеводы с нуля, ученые сегодня используют молекулы, выделенные из природных источников, и этот кропотливый процесс может занять месяцы.
«Мы производим химическим путем то, что раньше люди изолировали, - объясняет Сибергер. «Автоматический синтезатор соединяет отдельные сахара, строительные блоки углеводов, вместе, как бусинки на нитке».
Углеводы играют решающую роль в иммунной системе, особенно в защите организма от болезнетворных вирусов и бактерий. Большинство этих микробов имеют на своей поверхности уникальные углеводные маркеры. Иммунная система распознает эти углеводы как чужеродный материал и вырабатывает антитела, запускающие иммунный ответ для борьбы с инфекцией.
«Вакцины «обучают» иммунную систему распознавать определенные молекулы на поверхности инфекционных организмов», - объясняет Сибергер. «Синтезатор позволяет нам создавать не одну, а множество углеводных структур из определенного организма и тестировать их, чтобы увидеть, защищают ли они от микроба. Синтетические углеводы, демонстрирующие многообещающие защитные свойства, могут затем стать основой для новых вакцин.
В ходе недавних открытий команда обнаружила углевод на поверхности малярийного паразита P. falciparum, который позволяет паразиту заражать эритроциты человека, тем самым разрешив давнюю загадку о том, как происходит заражение.
Группа Сибергера использовала синтезатор углеводов для разработки вакцины против малярии. Клинические испытания вакцины запланированы на 2010 год в Мозамбике и Танзании. По его словам, ее уникальный «противоболезненный» механизм делает ее единственной в своем роде вакциной.
Насколько мне известно, это первая попытка создания вакцины против болезни. На самом деле она не убивает малярийных паразитов, она блокирует их токсическое действие. Вы создаете антитела против структуры сахара, и эти антитела блокируют углеводный токсин приводит к воспалению и анемии, характерным признакам малярийной инфекции», - говорит Сибергер.
Он объяснил, что они объединят углеводную вакцину с традиционной вакциной на белковой основе, чтобы создать «конъюгированную вакцину», которая лучше всего подходит для иммунизации наиболее уязвимой группы потенциальных жертв малярии - детей в возрасте до два.
Вакцина против малярии - лишь одна из почти дюжины вакцин, разработанных в лаборатории Сибергера и направленных на клинические испытания. Вакцины на основе углеводов могут быть нацелены на некоторые из наиболее серьезных современных инфекционных заболеваний, включая инфекции, устойчивые к антибиотикам, и ВИЧ.
Сибергер занимается коммерциализацией синтезатора углеводов через свою новую компанию Ancora Pharmaceuticals, базирующуюся в Медфорде, штат Массачусетс. Забегая вперед, Сибергер обсудил другое серьезное препятствие, стоящее перед исследованиями углеводов.
В области гликобиологии сейчас есть два технологических препятствия. Первое - получить доступ к молекулам, к которым мы сейчас обратились. Второе - секвенирование. Если вы посмотрите на проект генома человека или геномика и протеомика, секвенирование и синтез всегда были ключевыми вопросами», - говорит Сибергер.
Сибергер воочию убедился в глубоком влиянии автоматических синтезаторов ДНК на генетику и биотехнологию. Его научный руководитель, Марвин Х. Карутерс, доктор философии, из Университета Колорадо, помог разработать первую модель в 1980 году.
«Мы надеемся, что окажем такое же влияние на исследования углеводов», - говорит Сибергер.