Лечение с помощью морских организмов - не утопия. Уже 12 жизненно важных препаратов, в т.ч. против рака, были разработаны из морских организмов и их симбиотической микробиоты. Их высокий потенциал для разработки лекарств сдерживается длительным и дорогостоящим процессом открытия. Исследовательская группа отдела исследований химии морских природных продуктов Центра исследований океана им. Гельмгольца GEOMAR в Киле при поддержке автоматизированных компьютерных подходов успешно обнаружила морские молекулы в качестве потенциальных средств против инфекций и рака кожи у водорослей и их грибковых симбионтов. от Кильского фьорда.
Процесс поиска морских активных ингредиентов начинается с извлечения морских макро- и микроорганизмов, за которыми следует очистка и характеристика их новых и биоактивных химических компонентов, которые предназначены для использования в разработке новых терапевтических средств. «Одной из самых больших ловушек в исследованиях лекарств является выделение уже описанных природных молекул с использованием «классического» процесса выделения, основанного на биологической активности», - объясняет профессор д-р Дениз Тасдемир, руководитель исследовательского отдела химии морских природных продуктов в GEOMAR и GEOMAR. Центр морской биотехнологии. «Этот подход сложен и часто приводит к неудачам», - продолжает доктор Тасдемир.
В своей исследовательской группе она решила эту проблему с помощью автоматизированных компьютерных подходов в сочетании с скринингом биоактивности. В ходе годичного исследования было обнаружено, что бурая водоросль Fucus vesiculosus (пузырьковый рак) из Кильского фьорда ингибирует патогенную бактерию, устойчивую к метициллину Staphylococcus aureus (MRSA), которая вызывает внутрибольничные инфекции.
«Стратегии биоинформатики на основе алгоритмов и инструменты машинного обучения позволили нам составить карту массивного метаболома бурых водорослей и в то же время предсказать молекулярные кластеры, ответственные за их антибиотическую активность», - сказала д-р Лариса Бюденбендер, бывший научный сотрудник группы профессора Тасдемира и первый автор одной из двух статей, опубликованных в настоящее время в журнале Marine Drugs. Алгоритмы, примененные в этом исследовании, объединяют молекулярные семейства в сложные сети на основе их показателей химического сходства в анализе масс-спектрометрии, а вместе с инструментами машинного обучения in silico помогают нам химически идентифицировать известные и новые соединения, уже находящиеся в экстракте. После первого этапа быстрого химического фракционирования экстракта используется биоинформатическая программа для прогнозирования показателя биологической активности молекул в соответствии с их относительным содержанием во фракциях. Эти биологически активные соединения изолированы. «Классический подход к открытиям от экстракции до характеристики биологически активных ингредиентов водорослей обычно занимает 3-4 года. Эти автоматизированные инструменты помогли нам ускорить целевое открытие новых природных антибиотиков до нескольких месяцев», - подчеркивает профессор Тасдемир.
В природе ракушечник часто испытывает сильное давление из-за обрастания и образования биопленки миллионами микроорганизмов, обнаруженных в морской воде. Таким образом, мембраносвязанные соединения, как мы определили в этом исследовании, имеют большое экологическое значение -защита водорослей. Такие молекулы, которые выполняют критическую функцию в природном пространстве, часто проявляют сходную активность против патогенов человека. Поскольку ракушечник является съедобной морской водорослью, такая активность делает его привлекательным кандидатом не только в качестве источника лекарств, но и также для пищевых добавок или защиты пищевых продуктов», - говорит профессор Тасдемир. Далее мы будем исследовать потенциал применения пузырчатой муки в пищевой промышленности.
Многие грибы также живут в симбиозе на поверхности и внутри водорослей. Это также многообещающие источники для открытия и разработки новых лекарств. Биченг Фан, аспирант профессора Тасдемира, выделил более 120 симбиотических грибов из пузырчатого остатка и изучил грибок Pyrenochaetopsis sp. в частности, поскольку он эффективно убивает клетки рака кожи типа меланомы с низкой цитотоксичностью и имеет очень богатый химический состав. Биченг также использовал компьютерные автоматизированные подходы для выделения особых молекул с помощью редкого химического каркаса. Исследование также было недавно опубликовано в журнале Marine Drugs..
По словам профессора Тасдемира, это всего лишь второе химическое исследование ранее совершенно неизученного грибкового рода Pyrenochaetopsis. «Грибы, которые мы выделили из пузырей и ферментировали в оптимизированных лабораторных условиях, являются признанным источником природных противораковых агентов. Мы обнаружили здесь несколько новых натуральных продуктов, которые мы назвали пиреносетинами А и В, которые обладают высоким потенциалом. для борьбы с раком кожи», - продолжает химик.
Природа является источником более половины всех современных лекарств, которые мы используем сегодня. Доступ к революционным инструментам геномики, метаболомики, биоинформатики и машинного обучения позволит беспрецедентно быстро открывать новые морские соединения и более рационально и эффективно использовать их для последующей разработки лекарств с промышленными партнерами», - заключает профессор Тасдемир.