РИА новости

от 13.04.2022 г.

Оригинал статьи


Пора извлекать пользу: в России ускорят разработку новых лекарств

МОСКВА, 13 апр — РИА Новости, Татьяна Пичугина. В Сибири строят суперсовременный источник синхротронного излучения для решения фундаментальных и прикладных задач. Одна из его станций предназначена для исследования структуры биологических макромолекул, таких как белки и их комплексы. Это поможет создавать новые лекарства направленного действия, в том числе против вирусных инфекций и злокачественных опухолей.

Просветить молекулу рентгеном

В 1953 году Джеймс Уотсон и Френсис Крик опубликовали структуру ДНК, положив начало структурной биологии. Теперь мало расшифровать состав и последовательность главных биологических молекул, играющих ключевую роль в живой клетке и всем организме. Нужно понять их пространственную организацию — как они свернуты. Такую информацию получают главным образом методом рентгеновской кристаллографии.

Рентгеновские лучи — невидимый глазу диапазон электромагнитного излучения — благодаря очень короткой длине волны взаимодействуют с соразмерными объектами — от сотой доли до нескольких нанометров. При встрече с атомным ядром пучок фотонов рассеивается. Это называется дифракцией. Если за облучаемым образцом поместить фотопластину, на ней возникнет дифракционный рисунок расположения атомов.

Кристалл представляет собой естественную дифракционную решетку. Поэтому рентгеновский метод подходит только для тех молекул, которые удается кристаллизовать. Это несложно, если они маленькие, из нескольких атомов. В биологических макромолекулах, таких как ДНК, РНК и белках, — сотни тысяч атомов, десятки тысяч аминокислотных остатков, и далеко не все они кристаллизуются.



Синхротрон в помощь биологам

Биологические макромолекулы — это очень длинные полимерные цепи, закрученные и многократно сложенные. Их кристаллизуют, исследуют рентгеном, получают дифракционную картину, а по ней, решая обратную задачу Лауэ, вычисляют координаты каждого атома и строят трехмерную структуру.

«Интересная проблема, но фундаментальная. Ученые давно хотели извлечь практическую пользу из этого. Как структура связана с функциями белков, как на это влиять, создать, например, ингибиторы, энхансеры реакций, за которые они отвечают», — рассказывает Владимир Коваль, заместитель директора Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, руководитель Объединенного центра геномных, протеомных и метаболомных исследований.



«Рентгеновское излучение в них считалось паразитным, снижающим энергию пучка. Ученых из других областей, которые хотели им воспользоваться, пускали туда по остаточному принципу. Приходилось работать по ночам, выходным», — продолжает Владимир Коваль.

Затем в мире стали строить самостоятельные источники синхротронного излучения (ИССИ) сугубо для прикладных задач. С помощью этих огромных установок большой мощности и светимости ученые разных стран исследуют разные материалы и процессы, в том числе биологические. Число открытых белковых структур росло экспоненциально. Сейчас в Protein Data Bank, основанном в 1970-м в Брукхейвенской национальной лаборатории США, их примерно двести тысяч.

В 1980-1990-е появилось множество ИССИ. Материаловедческая станция есть в Москве в Курчатовском институте, в ИЯФ СО РАН для прикладных задач модернизировали синхротроны. Однако эти установки уже устарели и неудобны для биологов. Поэтому в Новосибирской области строят еще один синхротрон — СКИФ. Он станет третьим в мире источником поколения 4+. В первую очередь возведут станции для химиков-органиков и неоргаников, материаловедов, исследователей быстрых процессов и станцию «Микрофокус» с секцией «Макромолекулярная кристаллография», где будут изучать структуру белков. Операции сбора, подачи образцов, хранения данных во многом автоматизированы. На установке находится только инженер по управлению пучком.

Архитектурная концепция ЦКП СКИФ