Сотрудники кафедры химической энзимологии химического факультета МГУ предложили новую методику предсказания гестационного диабета с использованием фермента, найденного в геноме экстремальных организмов. Исследование выполнено в рамках нацпроекта «Наука и университеты».
Входящие в состав живых организмов аминокислоты обладают оптической активностью из-за наличия в их структуре атома углерода, связанного с четырьмя разными группами атомов. Оптически активные соединения могут существовать в L- и D-формах, которые являются зеркальными отражениями друг друга. Более 99% природных аминокислот существуют в L-форме, они играют роль строительных блоков для белков. D-аминокислот значительно меньше, их функция заключается в регуляции различных видов деятельности организма. Например, пониженный уровень D-серина в спинномозговой жидкости – признак развития шизофрении, а при заболеваниях Альцгеймера и Паркинсона повышается уровень D-аланина.
«Два года назад было опубликовано исследование о связи между уровнем D-фенилаланина и развитием диабета у беременных женщин, – рассказал руководитель исследования профессор Владимир Тишков. – Такой диабет называется гестационным и у беременных возникает довольно часто, что может привести к проблемам у ребенка. До этого исследования способов прогнозирования гестационного диабета не было. Сейчас в Москве этим занимаются только в двух больницах, используют сложную методику определения D-фенилаланина в моче при помощи высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием оптически активной колонки. Одна такая колонка стоит больше тысячи долларов и выдерживает всего лишь около ста процедур. Поэтому есть большая потребность в новой, более простой и дешевой методике».
Предложенный авторами способ основан на ферментативной реакции D-аминокислоты. В качестве фермента могут быть использованы оксидазы, которые реагируют с D-аминокислотами с выделением легко детектируемого соединения – пероксида водорода. Преимущество данной методики заключается в высокой точности и большой чувствительности, поскольку оксидаза D-аминокислот никогда не реагирует с L-аминокислотами. Главная проблема – поиск такого фермента, который будет реагировать именно с D-фенилаланином.
«Оксидаз D-аминокислот выделено очень мало, – поделился Владимир Тишков. – Поэтому мы начали искать эти ферменты в уже расшифрованных геномах экстремальных организмов (архей, бактерий, грибов, дрожжей и беспозвоночных Белого моря). При проведении поиска анализировали известные аминокислотные последовательности с помощью компьютерной программы и сравнивали с базой данных. Оксидазы D-аминокислот очень мало похожи друг на друга, у них мало одинаковых аминокислотных остатков. Это осложняет поиск таких ферментов».
Когда фермент найден, нужно провести трудоемкую экспериментальную работу для выяснения его активности. Авторам удалось существенно облегчить и ускорить этот этап, используя алгоритм компании Google. Он позволяет очень точно предсказывать активность ферментов на основании их структуры. Таким образом, удалось найти оксидазу, которая преимущественно реагирует с D-фенилаланином и гораздо менее активна по отношению к другим D-аминокислотам.
Исследование выполнено в рамках проекта «Анализ микробиомов растений и беспозвоночных животных экстремальных мест обитания с целью разработки штаммов-продуцентов новых метаболитов и ферментов», поддержанного Министерством науки и высшего образования Российской Федерации.
Статья опубликована в журнале Acta Naturae
Источник: МГУ имени М.В.Ломоносова