Іммобілізовані ферменти

На сьогодні найінтенсивніше розвивається саме медичний напрямок використання іммобілізованих ферментних препаратів і збільшується кількість таких розробок. Так, в апараті “штучна нирка”, який призначений для очищення крові від різних шлаків, в тому числі й сечовини, за допомогою ультрафільтрації, використовується колонка з іммобілізованою уреазою [25]. Створення тест-систем на основі магносорбентів з іммобілізованими антигенами з патологічних рубців дозволяє з високою ефективністю прогнозувати і діагностувати розвиток патологічних рубців в осіб, які мали травми чи перенесли операції [26].

Іммобілізовані ферменти відкрили шлях до створення лікарських препаратів пролонгованої дії із зниженою токсичністю та алергенністю. Іммобілізаційні підходи сприяють вирішенню проблеми спрямованого транспорту ліків в організмі [27, 28]. На основі нанодисперсних полімерних систем, до складу яких входять біогенні елементи і поверхнево-активні речовини, створені нові антисептичні препарати, наприклад повіаргол і катапол. Повіаргол застосовується в урології, хірургії та гінекології. Крім антимікробної активності, він проявляє іммунотропну, антигіпоксичну та адаптогенну дії. Катапол високо ефективний при профілактиці та лікуванні ранової інфекції в хірургії. Він має високу віруліцидну дію відносно різних видів вірусів [29].

Нині продовжується пошук нових лікарських препаратів, які при збереженні високих лікувальних властивостей не виявляють негативного впливу на організм людини. Таким вимогам відповідають препарати іммобілізованого протосубтилину – профезим та імозимаза – для консервативного лікування трубної вагітності [30]. Препарати не всмоктуються в кров і не порушують її систему згортання, не мають антимітотичної і цитотоксичної дії, а також не викликають побічної дії.

Однією з основних задач при виробленні медичних препаратів на основі іммобілізованих ферментів є створення системи лікарських засобів з регульованою фармакокінетикою. Для розв’язання цих задач використовуються включення біологічно активних речовин у мікрокапсули, в тому числі і в ліпосоми. Ліпосомні препарати ефективні при лікуванні інфаркту мозку та ішемічній хворобі серця [31, 32]. Існують перспективні дослідження мультиферментних мікрокапсул, які імітують клітини живого організму [33]. Створено препарати пролонгованої дії (тромболітичні, фібрінолітичні, протеолітичні) для лікування серцево-судинних захворювань, тромбозів, тромбоемболій, інфарктів міокарда [34]. Стерильний апірогенний розчин іммобілізованих на поліетиленоксиді протеаз може використовуватися в медицині і ветеринарії при отриманні ін’єкційних препаратів іммобілізованих ферментів [32]. Ліпази, іммобілізовані на твердих носіях, можуть викори-стовуватися як лікувальні засоби при лікуваннірізних захворювань шлунково-кишкового тракту та порушенні жирового обміну [31].

Методи іммобілізації набувають все більшого поширення в біотехнології. Наприклад, ефективність ферментативних процесів, які використовуються в таких галузях народного господарства, як медицина, енергетика, харчова промисловість, мікроелектроніка, вдалося збільшити за допомогою іммобілізації ферментів. Однак застосування ферментів обмежено через їх низьку стабільність і високу собівартість чистих ферментів. Тому зараз для іммобілізації використовують не тільки ферменти, а й клітини та органели.

Необхідно відзначити різноманітність форм систем із ферментом, які отримують іммобілізацією за допомогою полімерів. Серед цих форм – гранули, волокна, мембрани, трубки, порошки, кільця, покриття, а також препарати, які використовують у розчинному вигляді.

 

 

Ферменти є біологічними каталізаторами, вони присутні у всіх живих клітинах і сприяють перетворенню одних речовин (субстратів) на інші (продукти). Ферменти виступають в ролі каталізаторів практично у всіх біохімічних реакціях, що відбуваються в живих організмах – ними каталізується біля 4000 хімічно окремих біореакцій. Ферменти грають найважливішу роль у всіх процесах життєдіяльності, скеровуючи та регулюючи обмін речовин організму. Подібно до всіх каталізаторів, ферменти прискорюють як пряму, так і зворотну реакцію, знижуючи енергію активації процесу. Хімічна рівновага при цьому не зміщується ні в прямий, ні у зворотний бік. Відмінність ферментів від небілкових каталізаторів полягає у їхній високій специфічності – константа дисоціації деяких субстратів з білком-ферментом може досягати менш ніж 10−10 моль/л. Ферменти широко використовуються і в народному господарстві – харчовій, текстильній промисловості, у фармакології [11].

 

 

Команді учених із США і Ізраїлю вдалося створити ферменти, що прискорюють реакцію, для якої в природі не існує природного каталізатора. Щоб досягти максимальної ефективності нового ферменту, дослідники імітували in vitro процес його «еволюції». Робота опублікована в одному з найавторитетніших наукових журналів – Nature.

У своїй роботі учені задалися метою створити фермент, який каталізував би реакцію відщеплення протона, пов'язаного з вуглецем. У природі відповідного фермента не існує. На першій стадії експерименту дослідники визначили структуру активного центру майбутнього фермента. Потім вони визначили, якою повинна бути повна послідовність амінокислот, щоб вони змогли «згорнутися» і утворити активний центр заданої структури. За допомогою нової методики професор Девід Бейкер з Університету Вашигтона в Сієтлі проаналізував десятки тисяч можливих варіантів і виділив близько 60 «кандидатів». Учені синтезували їх і перевірили на наявність біологічної активності. Цей тест пройшли вісім «претендентів», їх яких дослідники відібрали три найбільш перспективні варіанти. Фахівці з відділу структурної біології Інституту Вайсмана визначили тривимірну структуру одного з трьох ферментів. Вона виявилася практично ідентична структурі, передбаченій за допомогою комп'ютерного аналізу. Проте ефективність