Ученые из МФТИ и ФНКЦ ФХМ им. Ю. М. Лопухина ФМБА России расшифровали геном медицинской пиявки, а также детально изучили состав ее слюны. В ходе исследований был обнаружен ранее неизвестный белок, который может стать более безопасной и эффективной альтернативой лекарственным средствам, применяемыми сегодня для профилактики и терапии тромбоза. Результаты исследований опубликованы в журнале Biochemical and Biophysical Research Communications.
Гирудотерапия — лечение медицинскими пиявками — была известна еще в Древнем Египте, в XV веке до нашей эры. Пика востребованности гирудотерапия достигла в конце XVIII — начале XIX века, тогда ее считали панацеей от всех болезней. В это же время началось исследование механизмов действия укусов пиявок на организм человека.
Пиявки относятся к подклассу кольчатых червей, обитают во влажной среде, преимущественно в пресных водоемах. Пиявки — либо паразиты, питающиеся кровью других живых существ, либо хищники, поедающие своих жертв. Сегодня известно несколько сотен видов пиявок, и только некоторых из них, в том числе вид Hirudo medicinalis, то есть медицинскую пиявку, можно использовать в лечебных целях. Во рту у медицинской пиявки до 400 зубов, а при укусе она выделяет секрет слюнных желез — жидкость, содержащую свыше 100 биологически активных веществ, которые помогают при гипертонии, тромбозах, гнойно-воспалительных и других заболеваниях.
Из этих веществ наиболее изученным и нашедшим широкое применение является антикоагулянт — гирудин. Под антикоагулянтами понимают вещества, которые угнетают процессы свертывания крови и препятствуют образованию тромбов. Сейчас в медицинской и фармацевтической отрасли, как правило, работают не с природным, а с рекомбинантным гирудином, то есть полученным с помощью технологий генной инженерии.
Несмотря на историю длиной в несколько тысячелетий, особенности гирудотерапии до сих пор детально не изучены. В частности, идентифицированы не все белки, содержащиеся в слюне медицинской пиявки. Для устранения пробелов в данной области научного знания ученые из МФТИ и ФНКЦ ФХМ им. Ю .М. Лопухина ФМБА России расшифровали геном медицинской пиявки, а также исследовали протеом и транскриптом.
Следует пояснить, что под популярным сегодня словом геном понимают наследственную информацию, хранящуюся в каждой клетке организма. Транскриптом называют совокупность молекул РНК, а транскрипцией — процесс переписывания информации с ДНК на РНК. Клетки, в свою очередь, синтезируют белки на основании содержащейся в РНК информации, а совокупность всех белков клетки называют протеомом. Транскриптом и протеом, в отличие от генома, в зависимости от условий могут изменяться от клетки к клетке. Таким образом, изучая транскриптом и протеом клеток слюнных желез пиявки, исследователи смогли установить вещества, которые синтезируются именно в этих клетках и попадают в ранку при укусе.
«В ходе исследований был обнаружен ранее неизвестный белок, состоящий из 162 аминокислот, причем 16 % из них представлены цистеином, что очень много, — говорит Валентин Манувера, доцент кафедры молекулярной и трансляционной медицины МФТИ. — Данный белок значительно замедляет свертывание крови, поэтому мы назвали его цистеин-богатым антикоагулянтом медицинской пиявки».
Дальнейшие исследования ученые проводили с рекомбинантным белком. Он был получен в клетках кишечной палочки. Кишечная палочка — это бактерия, обитающая в кишечнике теплокровных живых существ, в том числе человека, и являющаяся отличным реактором для синтеза чужеродных белков. Последующая очистка белка проводилась методом металл-хелатной аффинной хроматографии.
Хроматография — это физико-химический метод, позволяющий разделить смесь веществ, в данном случае — белков. Процесс основан на специфическом взаимодействии компонентов растворенной смеси с твердым носителем. В качестве твердого носителя ученые использовали полимер, сефарозу, с закрепленными на его поверхности ионами никеля. Чтобы повысить эффективность разделения, в структуру белка вводили несколько аминокислот — гистидинов, которые прочно связываются с носителем.
Антикоагулянтные свойства открытого белка исследовали с помощью стандартных анализов, которые выполняют в клинических лабораториях для оценки свертываемость крови по ряду показателей, включая активированное частичное тромбопластиновое время (АЧТВ), протромбиновое время (ПВ) и тромбиновое время (ТВ). Как следует из названий, все три величины показывают продолжительность протекания различных реакций в организме, приводящих к превращению крови из жидкости в плотный сгусток — тромб. Для сравнения, аналогичные эксперименты были выполнены с гирудином и контрольным образцом, то есть с плазмой крови без добавления антикоагулянтов.
Опыты показали, что присутствие в плазме крови цистеин-богатого антикоагулянта медицинской пиявки значительно увеличивает активированное частичное тромбопластиновое время (АЧТВ): в 10 раз при концентрации 20 µМ по сравнению с контрольным образцом и в 2—7 раз при сопоставлении с пробой, содержащей то же количество гирудина (Рисунок 1).
Рисунок 1. Результаты измерений активированного частичного тромбопластинового времени (АЧТВ) у контрольного образца плазмы крови (пунктирная линия) и при добавлении цистеин-богатого антикоагулянта медицинской пиявки (сплошная линия), гирудина (штрих-пунктирная линия). Источник: Biochemical and Biophysical Research Communications.
Точный способ действия нового антикоагулянта пока до конца не изучен. Ученые показали, что он, как и гирудин, может подавлять один из ключевых ферментов свертывания крови — тромбин. Поскольку эффективность цистеин-богатого антикоагулянта намного выше, он, скорее всего, подавляет и другие ферменты, отвечающие за этот процесс. По косвенным данным, одним из таких ферментов является фактор Xa (Рисунок 2). Фактор Ха — это активная форма гамма-глобулина, вырабатываемого печенью, который называют фактором свертывания крови Х.
Рисунок 2. Замедление действия фактора свертывания крови Xа при добавлении к плазме крови цистеин-богатого антикоагулянта медицинской пиявки (первые два столбика), гирудина (третий столбик). Контрольный образец плазмы крови (четвертый столбик). Источник: Biochemical and Biophysical Research Communications.
Полученные данные свидетельствуют о том, что белок, обнаруженный учеными в слюне пиявок, может послужить основой для новых эффективных лекарств, применяемых в профилактических и терапевтических целях от тромбоза.
Исследование выполнено при поддержке РНФ (грант № 23-25-00006).
