Используя генную инженерию, российские исследователи смогли разработать метод создания эффективного антималярийного препарата — природного антибиотика артемизинина. Для этого они перенесли гены полыни, отвечающие за производство артемизинина, в хризантему. Работа ученых поддержана грантом Российского научного фонда, а результаты опубликованы в журнале Plants.

Малярия — это довольно распространенная инфекция, вызываемая одноклеточными паразитами, плазмодиями, которые передаются человеку при укусах малярийных комаров. Плазмодии попадают с кровотоком в клетки печени и размножаются, вызывая лихорадку, острую печеночную и почечную недостаточность, анемию, увеличение внутренних органов и токсический шок. Прогрессирование заболевания может привести к отеку легких и малярийной коме.

При заражении тропической малярией применяются лекарственные средства с артемизинином. Это природный антибиотик, который добывается из однолетней полыни. Однако в России этот антибиотик не производится, как и другие противомалярийные препараты. Поэтому для лечения сегодня используют только зарубежные лекарства. Теперь исследователи Института биоорганической химии РАН предложили получать артемизинин в лабораторных условиях, используя генную инженерию.

«Большая часть современных лекарств в своем составе имеет либо природные соединения, либо их модифицированные аналоги. Например, противомалярийные средства часто содержат вещества, добытые из полыни. Однако это растение произрастает в каменистой степной местности и довольно прихотливо в плане климатических условий. Поэтому для получения лекарственных веществ в промышленных объемах необходимо использовать современные методы молекулярной биологии», — говорит один из авторов работы Сергей Долгов, доктор биологических наук, заведующий лабораторией экспрессионных систем и модификации генома растений ИБХ РАН.

Исследователи старались перенести гены метаболического пути артемизинина полыни в хризантему садовую, которая естественно содержит большое количество терпеноидов и их предшественников — биологически активных природных соединений с широким спектром лекарственных свойств. Кроме того, хризантема менее прихотлива и может быть выращена в широком интервале климатических условий.

Также использование такого растения-хозяина позволяет увеличить количество получаемого вещества в несколько раз. В среднем содержание лечебного вещества в полыни составляет не более 1% от сухой массы листьев, а для масштабного клинического производства этого мало. Пересаженные гены, отвечающие за развитие нужного признака, позволяют производить лекарственный препарат в хлоропластах, а значит, и во всем листе. Полынь синтезирует артемизинин только в трихомах — волосковых клетках, которые покрывают поверхность листа. Это обуславливает низкий выход антибиотика при его синтезе в полыни.

Ученые уже определили четыре гена — ADS, CYP71AV1, DBR2 и CPR, — которые кодируют ферменты метаболического пути биосинтеза лекарственного вещества. После их пересадки в новую среду и добавки дополнительных генов ученые ожидают, что уровень накопления артемизинина увеличится до коммерчески пригодного. Авторы провели анализ работы всех целевых генов независимых трансгенных линий. Чтобы сделать это, они поместили молекулы РНК в одноцепочечную взаимодополняющую ДНК и создали большое количество ее копий, используя ПЦР. Жидкостная тонкослойная хроматография подтвердила наличие артемизинина.

На данный момент успешно выведенные генетически модифицированные хризантемы ученые выращивают в теплице для следующего этапа исследований. Теперь исследователи планируют повысить уровень накопления антибиотика в полученных растениях и разработать эффективный протокол его выделения, а также изучить действие антималярийного вещества на лабораторных животных.