Найден ключ к дешёвым РНК-технологиям: открыт фермент, производящий все строительные блоки РНК в одной реакции
Исследователи из Токийского научного института объявили о прорыве, который может кардинально изменить мир биотехнологий. В статье, опубликованной в Nature Communications, они описали уникальный фермент MAN PPK2, способный в одной простой реакции производить все четыре «строительных блока», необходимых для синтеза РНК. Это открытие обещает значительно удешевить и ускорить производство мРНК-вакцин, противораковых препаратов и других РНК-технологий, сделав их доступнее для всего мира.
Недавно открытый фермент MAN PPK2 действует как универсальный катализатор, который эффективно преобразует все распространённые РНК-нуклеотиды в нуклеозидтрифосфаты.
Дорого, сложно, медленно: «бутылочное горлышко» РНК-технологий
Пандемия COVID-19 показала невероятную мощь мРНК-вакцин, но вместе с тем обнажила и их главную слабость — высокую стоимость и сложность производства. В основе любой РНК-технологии лежит синтез молекулы РНК, для которого, как для строительства дома, нужны четыре типа «кирпичиков» — нуклеозидтрифосфаты (НТФ).
До сих пор их получение напоминало сложный многоступенчатый конвейер. Для производства каждого типа НТФ требовались отдельные ферменты и дорогостоящие, нестабильные источники энергии. Этот комплексный процесс был главным «бутылочным горлышком», которое делало производство мРНК-вакцин и лекарств дорогим и медленным, ограничивая их глобальную доступность.
Один фермент для «сборки» РНК: как работает научный прорыв
Решение этой проблемы пришло из мира микроорганизмов. Японские учёные под руководством профессора Томоаки Мацууры из Института наук о жизни и Земле (Earth-Life Science Institute, ELSI) выделили из морской бактерии Mangrovibacterium marinum фермент с поразительными свойствами, который они назвали MAN PPK2.
«Мы сосредоточились на специфическом ферменте полифосфаткиназе 2, MAN, — говорит профессор Мацуура. — Удивительно, но этот фермент смог преобразовывать все распространённые РНК-нуклеотиды с поразительной эффективностью».
Ключевое новшество метода заключается в использовании полифосфата — дешёвого, экологически чистого и широко доступного вещества. MAN PPK2 использует его для превращения всех необходимых предшественников в готовые «строительные блоки» РНК, реализуя концепцию «one-pot» однореакторного синтеза «в одной чашке».
Этот необычный для современных ферментов «универсализм» исследователи связывают с его эволюционным происхождением. «Хотя такая широкая активность необычна для современных ферментов, она может отражать то, как примитивные биологические системы обходились всего несколькими ферментами», — комментирует соавтор исследования, доцент Лиам Лонго.
Учёные на практике доказали работоспособность метода: с помощью MAN PPK2 они сначала синтезировали все четыре НТФ, а затем из них создали функциональную РНК, которая успешно произвела белок.
От лаборатории к миллиардному рынку: что изменит новый фермент?
Последствия этого открытия выходят далеко за пределы лаборатории. В первую очередь, оно окажет огромное влияние на медицину, поскольку удешевит производство мРНК-вакцин против гриппа и будущих пандемических угроз, а также откроет новые возможности для противораковой иммунотерапии.
Масштаб потенциальных изменений подчёркивают рыночные прогнозы. Ожидается, что мировой рынок мРНК-вакцин вырастет с $6.85 миллиардов в 2026 году до более чем $25 миллиардов к 2034 году. Практическую значимость работы подчёркивает и тот факт, что исследовательская группа уже подала в Японии патентную заявку, связанную с этим открытием.
Сами авторы исследования так резюмируют его значимость: «В целом, наше исследование подчёркивает, как принципы, заложенные в древней биологии, могут быть использованы для решения современных проблем — преодоления основных ограничений в РНК-технологиях с помощью простого ферментативного решения».
