Ученые Передовой инженерной школы «Институт биотехнологии, биоинженерии и пищевых систем» Дальневосточного федерального университета создают платформу для бесклеточного синтеза белков. Она позволит в разы ускорить разработку и экспериментальную проверку новых белковых молекул для лекарств, диагностических средств и промышленных ферментов. Технология сокращает путь от компьютерного проектирования молекулы до ее тестирования с нескольких недель до нескольких дней. Это открывает возможности для развития промышленной биотехнологии, медицины, сельского хозяйства и косметологии. Платформа станет вкладом в развитие биоэкономики России и появление отечественных биотехнологий нового поколения.
На сегодня разработка новых белковых молекул — один из самых сложных и дорогостоящих этапов современной биотехнологии. Классический метод основан на микробиологическом синтезе. Сначала ученые находят кодирующий ген, встраивают его в генетическую конструкцию, вводят в микроорганизм и выращивают культуру до накопления необходимой биомассы. Затем нужный белок выделяют, очищают и после этого исследуют его свойства или пускают в производство. Такой подход требует времени.
Процесс компьютерного моделирования дает исследователям сотни перспективных вариантов с нужными свойствами, но каждый необходимо экспериментально проверять. В классической лаборатории на изучение одного образца может уйти более месяца, поэтому охватить много гипотез практически невозможно. Это замедляет появление новых разработок и их внедрение в производство.
Решить эту проблему может бесклеточный синтез белков. Эта современная технология позволяет получать биологически активные вещества в контролируемых условиях в пробирке, без выращивания живых микроорганизмов. Таким образом ученые могут проверять большое количество кандидатных молекул, спроектированных методом компьютерного моделирования — лабораторные образцы синтезируются за считанные часы, а затем из них отбираются кандидаты с высокой активностью.
Это принципиально меняет сам подход к новым белковым продуктам: ученые переходят от длительного поиска и последовательного тестирования отдельных вариантов к более управляемому циклу проектирования, синтеза и лабораторной оценки.
«Наша цель — сформировать полноценную отечественную платформу, которая позволит создавать белковые молекулы с заданными свойствами под конкретные задачи промышленности, медицины и научных исследований. Мы хотим перейти от преимущественно поискового подхода к инженерному созданию новых белковых продуктов, где свойства молекулы можно заранее проектировать на этапе компьютерного моделирования, а затем быстро проверять экспериментально», — отмечает научный сотрудник ПИШ ДВФУ Егор Рочин.
Над проектом работает междисциплинарная команда специалистов и студентов-исследователей: генные инженеры, биофизики, биоинформатики, биотехнологи и инженеры. Пока одни моделируют белки на компьютере и меняют их структуру, другие нарабатывают клеточные экстракты.
Еще одна команда совершенствует сам процесс синтеза: подбирает оптимальные условия реакции для получения различных классов белков. Параллельно для этого проектируют лабораторную установку: она автоматизирует процесс и обеспечит контроль на всех этапах.
Платформа будет востребована в различных направлениях биоэкономики, включая промышленную и пищевую биотехнологию, фармацевтику, диагностику, сельское хозяйство и косметологию.
В дальнейшем ученые планируют перевести платформу с лабораторного уровня на пилотные технологические решения, расширить линейку модульных систем для синтеза различных классов белков и наладить сотрудничество с научными организациями и предприятиями.
Новая технология пригодится не только ДВФУ: в перспективе ее смогут использовать научные коллективы, институты РАН и индустриальные партнеры. Они смогут оперативно проверять научные гипотезы, отбирать перспективные белковые молекулы и выпускать продукты с заданными характеристиками.
Данная работа — часть стратегического технологического проекта «Биоэкономика и здоровьесбережение».
С 2025 года проект «Передовые инженерные школы» реализуется в рамках национального проекта «Молодежь и дети».
