iemlogo

Лаборатория дизайна и синтеза биологически активных пептидов

Назад
Заведующий лабораторией – Шамова Ольга Валерьевна,
доктор биологических наук, доцент
Телефон/факс: (812) 234-94-93
Электронная почта: oshamova@yandex.ru; o.shamova@spbu.ru

Краткая история создания лаборатории

Лаборатория была создана в 2015 г. Комплекс результатов работ, проведенных за последние 25 лет в лаборатории общей патологии отдела общей патологии и патофизиологии в области изучения антимикробных пептидов врожденного иммунитета человека и животных привел к открытию ряда новых пептидов в лейкоцитах животных (протегринов, галинацинов, профенинов, бактенецинов, ареницинов, аципенсинов). Исследование биологической активности этих пептидов показало наличие у них выраженной антимикробной активности, а некоторые пептиды проявляли ранозаживляющие свойства, стресс-протективное действие, ряд пептидов – противоопухолевые эффекты. Присутствие перечисленных свойств свидетельствовало о целесообразности дальнейшего детального исследования антимикробных пептидов и их структурных модификаций, направленное на разработку на их основе антибиотических, иммуномодулирующих, ранозаживляющих или противоопухолевых лекарственных препаратов. Подобные исследования можно было провести при наличии возможности химического синтеза изучаемых соединений. Эта возможность представилась после получения отделом молекулярной генетики современного пептидного синтезатора (Symphony X, Protein Technologies, США) по Программе «Протеом человека». Пептидный синтезатор был передан в отдел общей патологии и патофизиологии, что и инициировало создание новой лаборатории, целью которой явилось разработка и исследование антимикробных пептидов, а также синтез других биологически активных молекул пептидной природы, исследуемых в рамках плановых тем, научных грантов отдела общей патологии и патофизиологии, а также в рамках совместных исследований с другими подразделениями института.

Основные направления исследований на сегодняшний день.

Целью лаборатории дизайна и синтеза биологически активных пептидов является решение актуальных задач медицины, связанных с изучением молекулярно-клеточных механизмов реализации биологической активности синтетических аналогов природных пептидов (антимикробных пептидов врожденного иммунитета, нейромедиаторов и т.п.), полученных методом твердофазного химического синтеза.

Одной из важных задач экспериментальной медицины является поиск новых способов преодоления резистентности патогенных микроорганизмов к существующим лекарственным препаратам. В настоящее время принято решение ВОЗ об активизации такого рода исследований с целью поиска антибиотиков принципиально нового механизма действия, что  соответствует задачам лаборатории, одним их объектов исследования которой являются антимикробные пептиды кателицидины, аципенсины и др., которые рассматриваются как перспективная основа для разработки антибиотиков нового поколения, так как обладают высокой антимикробной активностью, а также участвуют в других защитных реакциях, проявляя свойства иммуномодуляторов. Однако токсичность большинства АМП по отношению к собственным клеткам организма является препятствием для их использования в медицине. Изучение путей направленной модификации структур АМП позволяет создавать их синтетические аналоги с  высокой селективностью действия в отношении микробных или опухолевых клеток и сниженной токсичностью для нормальных клеток человека.

Комплекс результатов работ, проведенных ранее в отделе общей патологии и патофизиологии в области изучения биологической активности АМП и фундаментальных закономерностей связи физико-химических свойств пептидов и эффектов их действия на микроорганизмы и клетки человека позволил наметить пути использования исследуемых АМП, в том числе пептидов, открытых в ФГБНУ «ИЭМ», в качестве антибиотических, иммуномодулирующих, ранозаживляющих или противоопухолевых лекарственных препаратов. Дальнейшее проведение работ по исследованию молекулярно-клеточных механизмов реализации биологической активности природных АМП и их синтетических аналогов необходимо, как для установления мишеней и механизмов их действия, так и для и разработки способов их применения в качестве лекарственных препаратов для коррекции патологических процессов, связанных с инфекциями, опухолевым ростом, а также для стимуляции функций иммунной системы.

Основные задачи:

  1. Молекулярный дизайн и химический синтез аналогов природных биологически активных пептидов, имеющих различные структурные модификации для последующего анализа их функциональных свойств. Подбор оптимальных условий твердофазного химического пептидного синтеза.
  2. Изучение антимикробной активности природных антимикробных пептидов различной структуры и их синтетических аналогов в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий, в том числе антибиотикоустойчивых штаммов, изучение механизмов действия пептидов на микробные клетки.Поиск путей повышения антимикробной активности АМП с помощью 1) анализа взаимосвязи структура-активность у синтетических аналогов АМП и отбора пептидов, обладающих оптимальными свойствами – высокой антимикробной активностью и низкой токсичностью для клеток человека; 2) применение природных или синтетических АМП в комбинации с другими антимикробными соединениями (применяемыми в медицине антибиотиками, наночастицами металлов) для выявления комбинаций, при использовании которых наблюдается синергическое антимикробное действие.Отбор синтетических аналогов АМП, проявляющих синергическое антимикробное действие с эндогенными АМП человека (альфа- и бета-дефенсинами, кателицидином), как моделей лекарственных препаратов, не только обладающих антибиотической активностью, но и стимулирующих собственные защитные реакции организма.
  3. Исследование влияния АМП на процесс заживления кожных ран у экспериментальных животных для отбора пептидов, сочетающих ранозаживляющие и антимикробные свойства.
  4. Изучение противоопухолевого действия АМП: 1) исследование прямого цитотоксического действия пептидов в отношении опухолевых клеток, в том числе, клеток, обладающих множественной лекарственной устойчивостью; 2) оценка влияния пептидов на функциональную активность естественных киллерных (ЕК) клеток с целью выявления АМП, стимулирующих цитотоксические свойства ЕК; 3) изучение свойства АМП проникать через мембраны опухолевых клеток для разработки пептидных векторов для доставки лекарственных средств в малигнизированные клетки.
  5. Исследование свойств биологически активных пептидов как корректоров патологического процесса при нарколепсии, черепно-мозговой травме и др.

Основные научные результаты за год существования лаборатории.

Разработаны структурные модификации антимикробных пептидов из семейства кателицидинов. Осуществлен химический синтез и очистка ряда аналогов природных пептидов бактенецинов. Проводится исследование антимикробной активности полученных аналогов, а также их токсичности в отношении нормальных и опухолевых клеток человека in vitro. Полученные данные позволяют выяснить, какие особенности структуры пептидов важны для проявления того или иного вида биологической активности, а также наметить дальнейшие шаги в разработке на базе исследуемых пептидов соединений с оптимальными для практического применения свойствами, что создаст основу для получения инновационных, патентоспособных антимикробных, иммуномодулирующих или противоопухолевых лекарственных препаратов для использования в медицине. В результате научного сотрудничества с коллективом исследователей Института Химии силикатов РАН им. Гребенщикова получены и исследованы комплексы антимикробныхпептидов с наночастицами серебра, получен совместный патент на новый бактерицидный нанопрепарат.

Сотрудники лаборатории дизайна и синтеза биологически активных пептидов

Гаврилов Юрий Владимирович

кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник

Сфера научных интересов:

Центральные механизмы регуляции иммунной системы после стресса. Фундаментальные и клинические исследования нарушение сна и бодрствования при различный заболеваниях ЦНС. Клиническая неврология. Фундаментальные и клинические разделы остеопатии. История  отечественной физиологии и неврологии.

 


Кудрявцев Игорь Владимирович

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Сфера научных интересов:

Артамонов Александр Юрьевич

кандидат биологических наук, научный сотрудник

Сфера научных интересов: изучение антимикробных пептидов (АМП) – группы биологически активных веществ, преимущественно продуцируемых нейтрофильными гранулоцитами и макрофагами, а также эпителиальными клетками барьерных органов. Исследование возможности получения антибиотических веществ на основе природных АМП со свойствами, оптимальными для поддержания защитных функций, наиболее перспективных для получения препаратов нового поколения.

Жаркова Мария Сергеевна

кандидат биологических наук, научный сотрудник

Сфера научных интересов: врождённый иммунитет, биотехнологии

Копейкин Павел Максимович

младший научный сотрудник, аспирант отдела общей патологии и патофизиологии.

Сфера научных интересов: химический синтез пептидов

Пазина Татьяна Юрьевна

аспирант

Сфера научных интересов:

 

В лаборатории также выполняют выпускные квалификационные работы студенты СПбГУ, СПбГПУ, Химико-Фармацевтической академии.

Наиболее значимые публикации и разработки за последние 5 лет

О. В. Шамова, Д. С. Орлов, М.С. Жаркова, С.В. Баландин, Е.В. Ямщикова, Д. Кнаппе, Р. Хоффманн, В. Н. Кокряков, Т. В. Овчинникова. Минибактенецины ChBac7.5N-альфа и ChBac7.5N-бета – антимикробные пептиды из лейкоцитов козы Capra hircus // Acta Naturae, 2016. – Т. 8, № 3 (30), С. 108-118. (English version: O.V. Shamova3, D.S. Orlov3, M.S. Zharkova, S.V. Balandin, E.V. Yamschikova, D. Knappe,R. Hoffmann, V.N. Kokryakov3, T.V. Ovchinnikova Minibactenecins ChBac7.Nα and ChBac7.Nβ – antimicrobial peptides from leukocytes of the goat Capra hircus // Acta Naturae, 2016. – Vol. 8, № 3 (30), P. 136-146).

С. В. Баландин, А. А. Емельянова, М. Б. Калашникова, В. Н. Кокряков, О. В. Шамова, Т. В. Овчинникова. Молекулярные механизмы противоопухолевого действия природных антимикробных пептидов // Биоорганическая химия. – Т. 42, № 6. – с. 633–648.

Цветкова Е.В., Леонова Л.Е., Алешина Г.М., Шамова О.В., Романовская Е.В., Мавропуло-Столяренко Г.Р., Кокряков В.Н. Антимикробные свойства альфа-дефенсинов из лейкоцитов крови гамадрила Papio hamadryas // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. – 2016. – Т. 52, № 2. – С. 118-125.

Умнякова Е.С., Кудрявцев И.В., Грудинина Н.А., Баландин С.В., Болосов И.А., Пантелеев П.В., Орлов Д.С., Цветкова Е.В.,  Овчинникова Т.В., Кокряков В.Н., Шамова О.В. Интернализация антимикробного пептида аципенсина 1 в опухолевые клетки человека // Журнал медицинской иммунологии. – 2016. – Т. 18, № 6.- С. 581-588.

Голубева О.Ю., Яковлев А.В., Шамова О.В., Жаркова М.С. Синтез и исследование биологически активных комплексов лизоцим-наночастицы серебра-монтморилллонит К-10 // Физика и химия стекла.- 2016. – Т. 42, № 1. – С. 119-130 (English version: O. Yu. Golubeva , O. V. Shamova,  A. V. Yakovlev, M. S. Zharkova. Synthesis and Study of the Biologically Active Lysozyme–Silver Nanoparticles–Montmorillonite K10 Complexes // Glass Physics and Chemistry. – 2016. – Vol. 42, No. 1. – Р. 84–91).

Gavrilov YV, Ellison BA, Yamamoto M, Reddy H, Haybaeck J, Mignot E, Baumann CR, Scammell TE, Valko PO. Disrupted sleep in narcolepsy: exploring the integrity of galanin neurons in the ven-trolateral preoptic area. // Sleep. – 2016. – V. 39, N. 5. – P.1059-62.

Жаркова М. С., Орлов Д. С., Коряков В. Н., Шамова О. В. Антимикробные пептиды млекопитающих: классификация, биологическая роль, перспективы практического применения // Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2014. Вып. 1, С. 98-114.

Юхнев В.А., Шартукова М.А. Луговкина Н.В., Кокряков В.Н., Шамова О.В . Поиск новых антимикробных пептидов из семейства кателицидинов и дефенсинов в лейкоцитах лося (Alces alces) // Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2014. Вып. 1, стр. 115-131.

Valko P.O., Gavrilov Y.V., Yamamoto M., Reddy H., Haybaeck J., Mignot E., Baumann C.R., Scammell T.E. Increase of histaminergic tuberomammillary neurons in narcolepsy // Ann Neurol. – 2013. – V. 74. N 6. – P.794-804

Шамова О.В., Орлов Д.С., Кокряков В.Н., Корнева  Е.А. Антимикробные пептиды в реализации различных защитных функций организма // Медицинский Академический журнал. – 2013. – т. 13, № 3. – стр. 42 – 52.

Ямщикова Е.В., Орлов Д.С., Колодкин Н.И., Жаркова М.С., Пазина Т.Ю., Сакута Г.А., Трулев А.С., Кокряков В.Н., Шамова О.В.  Биологическая активность обогащенных пролином защитных пептидов системы врожденного иммунитета // Цитокины и воспаление. – 2012. – том 11. – № 2. – с. 100-106.

Golubeva O.Yu., Shamova O.V., Orlov D.S., Yamshchikova E.V., Boldina A.S., Kokryakov V.N.  Synthesis and investigation of silver-peptide bioconjugates and investigation in their antimicrobial activity // in a book: Materials challenges and testing for supply of energy and resources (Ed. by T.Bollinghaus, J. Lexow, T.Kishi, M.Kitagawa). – Springer. – 2012. – P. 163-171.

Shamova O., Artamonov A., Yukhnev V., Zharkova M., Pazina T., Romanovskaya E., Kokryakov V., Orlov D. Study of the interaction of proline-rich antimicrobial peptides of caprine leukocytes with bacterial and mammalian cells // FEBS Journal. – 2014. – Vol. 281, Suppl 1, P. 762-763.

O.V. Shamova, P.V. Panteleev, D.S. Orlov, I.A. Bolosov, E.V. Tsvetkova, S.V. Balandin, M.S. Zharkova, T.Y. Pazina, T.V. Ovchinnikova, V.N. Kokry-akov. Acipencins are antimicrobial peptides from leukocytes of the sturgeons // FEBS Journal. – 2013, – Vol. 280 (Suppl. 1). – P. 491 (SW06.S25–47)

Голубева О.Ю, Шамова О.В. Орлов Д.С. Пазина Т.Ю. Болдина А.С. Дроздова И.А. Кокряков В.Н. Синтез и исследование антимикробной активности биоконьюгатов наночастиц серебра и эндогенных антибиотиков // Физика и химия стекла. 2010. Т.37. № 1. С. 108-116. (English version: Golubeva O.Y., Boldina A.S., Drozdova I.A., Shamova O.V., Orlov D.S., Pazina T.Y., Kokryakov V.N. Synthesis and study of antimicrobial activity of bioconjugates of silver nanoparticles and endogenous antibiotics  // Glass Physics and Chemistry. 2011. Т. 37. № 1. С. 78-84 ).

 

Дополнительная информация

Научное сотрудничество:

«Учебный центр» Института Биоорганической Химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова, директор Центра – проф. Т.В.Овчинникова

Научная группа к.х.н. О.Ю. Голубевой ФГБУН Химии силикатов им. И.В.Гребенщикова РАН

Научная группа к.б.н. Т.М. Гринчук Института Цитологии РАН

Лаборатория проф. Алессандро Тосси Университета г. Триеста, Италия

Лаборатория проф. Ральфа Хоффмана, Университета г. Лейпцига, Германия