Специалисты Государственного научно-исследовательского института генетики и селекции промышленных микроорганизмов, Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова и Федерального научного центра трансплантологии и искусственных органов им. В. И. Шумакова более 15 лет разрабатывают технологии получения материалов из аналогов паутинных белков – спидроина 1 и спидроина 2. Эти белки давно привлекают внимание учёных своей устойчивостью к действию химических веществ и совместимостью с тканями живого организма. Но получить в лабораторных условиях точные копии белков паутины нельзя – они слишком большие, поэтому исследователи создают аналоги, и каждый новый лучше предыдущего.

Пытаясь получить искусственный паутинный шёлк, специалисты сталкиваются с двумя проблемами. Прежде всего аналог белка должен быть существенно меньше оригинала, но обладать всеми его ценными свойствами. А структура спидроинов ещё не полностью расшифрована, и учёным для анализа доступны лишь фрагменты белковой последовательности, оттого и аналоги получаются несовершенными. Кроме того, синтезируемые в лаборатории белки не складываются в нити, потому что биологи не могут воспроизводить процессы, происходящие в паутинной железе, в результате которых растворённые белки превращаются в сухую прочную нить. А ведь именно нить паутины, а не отдельные её компоненты обладает исключительной прочностью и эластичностью, столь привлекательной для людей. Обе проблемы имеют общее решение – нужно совершенствовать последовательность и структуру аналога и подбирать условия, при которых искусственный спидроин всё-таки превратится в нить.

Уникальными свойствами паутина во многом обязана периодической организации белковых молекул каркасной нити, которые строятся из большого числа чередующихся повторов аминокислотных последовательностей. Московские биологи синтезировали очередной искусственный ген – аналог спидроина 2 гигантского мадагаскарского паука-кругопряда (Nephila madagascariensis), который, в отличие от предыдущих вариантов, воспроизводит эти периодические закономерности в распределении аминокислот в цепи природного белка. Ген состоит из 4212 пар нуклеотидов и кодирует белок, содержащий 1404 аминокислот.

Полученный ген ввели в клетки метанолокисляющих дрожжей Pichia pastoris и дрожжей Saccharomices cerevisiae. Анализ показал, что оба вида дрожжей синтезируют белок примерно в одинаковом количестве, а очищенные спидроины практически не отличаются друг от друга.

Новый полученный аналог спидроина 2 использовали для моделирования процессов, происходящих в железе паука при прядении нити. Для этого к растворам белка добавляли для обезвоживания этиловый спирт, сильно встряхивали, обрабатывали ультразвуком и исследовали происходящие при этом структурные изменения белковой молекулы. Паутину учёные, увы, не спряли, но к решению проблемы приблизились.

Параллельно они разрабатывали технологии получения биоматериалов не из паутинной нити, а из белка. Обнаружилось, что при обработке солями, ультразвуком и в некоторых других условиях спидроиновые аналоги образуют надмолекулярные структуры, из которых можно изготавливать нити, плёнки, капсулы, губки, гидрогели и другие материалы медицинского назначения. Они не вызывают отторжения и аллергических реакций и медленно рассасываются в организме.

Полученные матриксы, плёнки и микрогели поддерживали адгезию и эффективное деление фибробластов (клеток соединительной ткани), а после имплантации лабораторным животным обеспечивали рост сосудов, а также прорастание соединительной, жировой и нервной тканей внутри матриксов, то есть они могут быть полезны при заживлении ран.

Работа поддержана ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы» и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы.

Источник: http://www.strf.ru