Червь нам поможет!

Рассказывают, будто Аристотель, учитель Александра Македонского, говорил своему ученику о далекой восточной стране Серес. Жители той страны будто бы научились делать с помощью обитавших на тутовых деревьях червей удивительно прочную блестящую пряжу. Естественно, что нить в их честь назвали «серик» – серк – шелк…

Читатель уже понял, что речь идет о Китае. Об открытии шелка здесь рассказывают красивую легенду. В давние времена принцесса Си-Линь-Ши надумала попить чаю в императорском саду. Когда ей подали чашку с ароматным напитком, с листа тутового дерева в нее упал кокон, который тут же стал расплетаться, давая тонкую и прочную нить, поблескивающую, подобно паутинке, на солнце.

Шелк находил прекрасный сбыт уже в античные времена. Если посмотреть на путь Александра Македонского в Индию, то мы увидим, что он повторяет западный конец Великого шелкового пути. Римляне высылали навстречу караванам из Китая свои форпосты, а средневековую Европу с шелком познакомили арабы. Считается, что процветание Византии, а затем и турецкого Константинополя также связано с торговлей шелком.

Сегодня в мире производится 60 тыс. т шелка! По масштабам производства шелковая индустрия намного опережает всю высокотехнологичную отрасль биотехнологии.

Два года назад биотехнологи с большой помпой сообщили, что удалось наладить производство паутинного белка, нити которого в 5 раз прочнее стальной проволоки того же диаметра. Это действительно большой успех, поскольку чрезвычайно трудно выделить белки паутины и их гены. Дело в том, что пауки – крайние индивидуалисты и селекции практически не поддаются.

Специалисты Хиросимского университета решили использовать шелковый кокон для производства человеческого коллагена. С этой целью они с помощью бакуловируса, инфицирующего клетки насекомых, ввели в яйца шелкопряда довольно сложный ген-конструкт. Он представлял собой промотер фиброина, основного белка шелка, состоящего из тяжелой (Н) и легкой (L) цепей.

Под промотер, являющийся регуляторной частью гена легкой цепи, был посажен ген человеческого коллагена III типа, который довольно прост по своей структуре. Для контроля над ходом генетической «операции» в яйца шелкопряда был введен также ген зеленого флюоресцирующего белка (ЗФБ), выделенный из тихоокеанской медузы, который светится в ультрафиолетовых лучах.

У личинки тутового шелкопряда имеются две шелковых железы, клетки которых синтезируют фиброин и склеивающие его цепи серицины – тоже белки, но значительно более мелкие. До 85% всего синтезируемого клетками желез белка приходится на шелк. Подобно клеткам слюнных желез дрозофилы, клетки шелковых желез содержат в ядре политенные хромосомы, плоидность которых достигает 1000n! В целом ядра железистых клеток содержат до 400 тыс. гаплоидных геномов.

Промотер фиброина включается только в клетках шелковых желез. Это приводит к синтезу не только легкой цепи фиброина, но и человеческого коллагена и ЗФБ. В результате синтеза последнего шелковые железы начинают светиться зеленым светом, что позволяет легко определить червей, имеющих ген коллагена.

Расчеты показывают, что на производственной территории 300 м2 5 рабочих могут «обслуживать» 1,5 млн червей, дающих 600 кг коконов. Такое количество коконов даст 5 кг легко выделяемого коллагена.

Есть и цитологические оценки. Согласно им 1 тыс. клеток желез за 4 дня шелкообразования дает 300 мг белка, что составляет 80 мкг белка на 1 клетку в день. Для сравнения: производительность лучших на сегодня биотехнологических систем составляет всего лишь 50 пг, т.е. в 1,5 тыс. раз меньше.

Для синтеза человеческих белков используются «капризные» культуры клеток млекопитающих, что удорожает производство. Чтобы снизить расходы, культивирование осуществляется в гигантских реакторах объемом 10 тыс. л.

Ничего этого не требуется при использовании отработанной в течение тысячелетий технологии шелковичного червя. С его помощью можно также производить столь нужные тромбин и антитела, а также другие человеческие белки.

По материалам: Nature Biotechnology, 2003, №1, с. 34, 52