Научные достижения химического факультета
10.04.2023
Химики МГУ предложили способ предсказывать
развитие диабета у беременных
Сотрудники кафедры химической
энзимологии Химического факультета МГУ предложили методику предсказания
гестационного диабета с использованием фермента, найденного в геноме
экстремальных организмов. Исследование выполнено в рамках нацпроекта "Наука и
университеты" (грант Минобрнауки № 075-15-2021-1396)
Работа опубликована
в журнале Acta Naturae.
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, д.х.н. 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 в рамках гранта № 075-15-2021-1396.
Автор: Алина Сагитова/пресс-служба химического факультета МГУ
Ссылка на статью:
Атрошенко Д.Л., Головина Д.И., Сергеев Е.П., Шеломов М.Д., Ельченинов А.Г., Кубланов И.В., Чубарь Т.А., Пометун А.А., Савин С.С., Тишков В.И.
Биоинформационно-структурный подход к поиску новых оксидаз D-аминокислот
Acta Naturae. - 2022. - Т. 14. - №4. - C. 57-68
https://doi.org/10.32607/actanaturae.11812
