Nemrznoucí bílkoviny chvostoskoků mohou přispět ke zlepšení podmínek pro uchování transplantovaných orgánů

Vědci z Illinois a Pensylvanie (Stephen BH Kent a jeho kolegové) oznámili nový úspěch ve výrobě nemrznoucích bílkovin, které umožňují miliardám chvostoskoků (snow flea) přežít nízké zimní teploty. Jejich laboratoř vyrobila první bílkoviny tohoto typu, které by mohly mít podle nového výzkumu praktické využití.

  Nemrznoucí bílkoviny chvostoskoků mohou pomoci při transportu orgánů určených k transplantaci

Nemrznoucí bílkoviny AFP (AntiFreezing Protein), někdy také nazývané ISP (Ice Structuring Protein), neprodukují pouze chvostoskoci, ale také bychom je našli v tělech některých obratlovců, rostlin, hub a bakterií. Ve všech těchto organismech mají AFP stejnou funkci - ochranu tkání před poškozením mrazem. Molekuly AFP se váží na povrch ledových krystalků a tím brání růstu a rekrystalizaci ledu, což by jinak bylo pro organismus smrtelné. Tyto neobvyklé vlastnosti nemrznoucích bílkovin jsou přiřazovány jejich schopnosti vázat se na určité oblasti krystalu ledu pomocí Van der Waalsových sil. Navíc se objevuje stále více důkazů, že AFP interagují také s buněčnými membránami a stabilizují je kvůli ochraně před poškozením mrazem. Proč tedy zrovna AFP chvostoskoků? Na rozdíl od AFP jiných zástupců hmyzí říše jsou jejich ochranné bílkoviny z těla odstraněny a zničeny při vyšších teplotách, což jen přispívá ke snížení rizika imunitní reakce při využití při transplantacích. Kromě toho jsou obecně hmyzí AFP desetkrát až třicetkrát aktivnější oproti AFP jiných organismů.

Pozoruhodná rozmanitost a rozšíření nemrznoucích bílkovin AFP napovídá, že se všech 5 existujících typů molekul AFP, které však mají stejnou funkci i mechanismus působení, vyvinulo konvergentní evolucí až v poslední době jako reakce na zalednění moře, ke kterému došlo před 1 až 2 miliony let na severní polokouli a v Antarktidě před 10 až 30 miliony let.

Vědci se několik let snažili dešifrovat molekulární strukturu nemrznoucích bílkovin chvostoskoků (snow flea), nazývaných sfAFP (snow flea AntiFreeze Protein). Při jejich objevu v roce 2005 v tělech drobných chvostoskoků se hovořilo o jejich využití při transportu darovaných orgánů a tkání určených k transplantaci. Jejich výroba se však stále nedařila, protože v přírodě běžně existují pouze v minimálním množství nezbytném pro přežití jedince. Nyní už laboratoře mohou vyrobit větší množství sfAFP pro potenciální léčebné a komerční užití.

  sfAFP a jeho kopie vyrobená chemickou syntézou – ovšem zrcadlově převrácená. Další krok na cestě za ideálními podmínkami pro tkáně či orgány mimo tělo?

Výzkumný tým Stephena BH Kenta u vyrobené syntetické sfAFP prokázal stejné vlastnosti jako u přírodních nemrznoucích bílkovin. Nejenže se tedy podařilo konečně vyrobit sfAFP v laboratořích, ale byla dokonce vytvořena forma sfAFP se zrcadlově převrácenou strukturou. Tato bílkovina neexistuje v žádné živé soustavě na Zemi. Má nesporný význam pro další výzkum, protože právě díky struktuře odlišné od původních matric patří k jejím vlastnostem menší pravděpodobnost, že dojde k imunitní reakci organismu. Navíc odolává lépe ničení přírodními enzymy, což přispívá k jejímu efektivnějšímu využití při konzervaci tkání a orgánů. „ Naším největším pokrokem bylo použití dvou zrcadlových forem tohoto jedinečného proteinu pro určení jeho dříve neznámé krystalové struktury," řekl Stephen BH Kent. „ To je poprvé v historii proteinové rentgenové krystalografie."

Nemrznoucí bílkovina sfAFP je schopna v těle chvostoskoka inhibovat růst ledu. To by tedy znamenalo prodloužení časového úseku mezi odstraněním tkáně či orgánu z těla dárce a transplantací. V současném zdravotnictví jsou orgány při transportu uchovávány při teplotě 0°C nebo o málo vyšší. Pokud by se mohla snížit teplota, prodlouží se i doba bezpečného uložení biologického materiálu.

Navíc výzkumní pracovníci zvažují možnost, že by směs nemrznoucích bílkovin mohla pomoci zvýšit mrazuvzdornost rostlin,prodloužit dobu sklizně v chladnějších oblastech, nebo by zabraňovala krystalizaci zmražených potravin.Jedním z úspěšných využití je zavedení AFP do jogurtů a zmrzlin pod označením ice - structuring protein. Přísada byla chválena po četných testech Food and Drug Administration. AFP jsou izolovány z ryb a zmnoženy kvasinkami. Umožňují výrobu velmi krémové, husté zmrzliny se sníženým obsahem tuku, aniž by došlo při překládce a v obchodech ke krystalizaci a poškození struktury výrobku.

Zdroje informací:
www.sciencedaily.com

http://en.wikipedia.org/wiki/Antifreeze_protein