The Banners System on F.E.G.I.
 Приморье Вещества

ФЕРМЕНТЫ ОБМЕНА  НУКЛЕИНОВЫХ  КИСЛОТ  МОРСКИХ  ОРГАНИЗМОВ

 Сотрудники лаборатории морской биохимии
    Большой интерес морских биохимиков к ферментам обмена нуклеиновых кислот морских организмов определяется их исключительно важной ролью в жизни морских биологических сообществ.  С одной стороны, такие основные генетические процессы, как репликация- удвоение родительской ДНК, “репарация" или восстановление повреждений двухцепочечной молекулы ДНК, генетическая рекомбинация - процесс смешения генов отцовского и материнского набора хромосом-происходят при прямом участии этих ферментов. Эти ферменты участвуют также в процессах реализации генетической информации - процесс транскрипции и синтеза белка в клетке. Наряду с важнейшей внутриклеточной функцией эти ферменты выполняют также защитные функции, расщепляя чужеродный генетический материал, что предотвращает его воспроизводство в клетке.
    Интересной особенностью в функциях этих ферментов у морских организмов является их более выраженная роль в разрушении и последующем усвоении генетического материала, освобождающегося в окружающую среду в процессе жизнедеятельности сложных морских биологических систем. К настоящему времени установлено, что метаболизм нуклеиновых кислот определяет основную часть круговорота органического фосфора.
    Среди известных к настоящему времени ферментов обмена нуклеиновых кислот особый интерес проявляется к ферментам, расщепляющим нуклеиновые кислоты, такие как дезоксирибонуклеазы (ДНКазы), рибонуклеазы (РНКазы) и щелочные фосфатазы.
Не меньший интерес представляет исследование ферментов, непосредственно включенных в биосинтез ДНК, а именно нуклеозид- и нуклеотид- киназ и ДНК-полимераз.
     Другая причина интереса исследователей к этому типу ферментов связана с их возможным использованием в качестве новых катализаторов для различных биотехнологических процессов. В этом случае интерес к ферментам морского происхождения определяется возможными преимуществами, которые они должны иметь в сравнении с  ранее известными ферментами:  наличие у ферментов уникальных свойств и специфичности, их более выраженная устойчивость к действию таких внешних факторов как температура и соленость среды. Признано, что одним из важных условий практического применения данных ферментов является их доступность и низкая стоимость исходного источника для их получения. С этой точки зрения морские организмы являются одним из весьма перспективных источников для производства ферментов - они легко воспроизводятся методами марикультуры. Использование отходов марикультуры и рыбной промышленности для производства ценных ферментов может дать значительную экономическую выгоду для обоих видов индустриальных производств.
    Все упомянутое выше стимулировало группу ученых лаборатории морской биохимии Тихоокеанского института биоорганической химии к исследованию ферментов обмена нуклеиновых кислот морских организмов.
     Первым шагом в проведении этих исследований явился широкий скрининг свойств и специфичности ДНКаз и РНКаз, выделенных из различных видов морских организмов. Полученные данные позволили идентифицировать нескольких новых ферментов, весьма перспективных для биотехнологии:  дезоксирибонуклеазы икры и эмбрионов морского ежа , а также гепатопанкреаса камчатского краба. Большая часть исследований морских беспозвоночных и микроорганизмов, связанных с предварительным поиском и характеристикой свойств различных ферментов была проведена в течение ряда экспедиций на борту российских исследовательских судов "Витязь", "Профессор Богоров" и "Академик Опарин" в различных географических районах Мирового Океана.  Выделение и детальное изучение свойств, механизма действия и специфичности ферментов проводились стандартными биохимическими методами на Морской Экспериментальной Станции ТИБОХ, расположенной в бухте Троицы Японского моря или в лабораториях Института.
    Все это позволило выявить несколько перспективных штаммов бактерий, продуцирующих высокоактивные щелочные фосфатазы. Среди них особый интерес представляют два типа высокоактивных щелочных фосфатаз, выделенных из штаммов Alteromonаs mаcleodii (штамм 40 МС КММ ТИБОХ) и Halomonas marina KMM 296 (штамм 4 МС 37). Эти ферменты обладают рядом преимуществ в сравнении с известными препаратами щелочных фосфатаз, выделенных из кишечника теленка и бактерии Esсherichia coli. Одним из выделенных щелочных фосфатаз является их необычайно высокая удельная активность, что определяет перспективность их использования для получения меченых фрагментов ДНК, а так же коньюгатов для иммуноферментного анализа.
    Изучена способность морских микроорганизмов продуцировать различного типа рибонуклеазы и новые высокоспецифичные ДНКазы, так называемые "рестрикционные” эндонуклеазы. Показано, что бактерии рода Alteromonas являются перспективными источниками высокоспецифичных нуклеаз. Особый интерес представляет штамм Alteromonаs haloplanktis (КММ 223), продуцирующий эндорибонуклеазу, которая специфически расщепляет полиуридиловую кислоту.
    Исследования свойств и специфичности ДНК-деполимераз (ДНКаз) среди морских беспозвоночных показали, что выделенные из эмбрионов морского ежа Strongylocentrotus intermedius и гепатопанкреаса камчатского краба Paralithodes camtschatica Ca,Mg-зависимые эндонуклеазы представляют уникальную по свойствам группу эукариотических ДНКаз. Выявленная у этих ферментов способность расщеплять преимущественно двухцепочечную ДНК, а также узнавать особенности конформации сахаро-фосфатного остова синтетических и природных субстратов, равно как и устойчивость к высокой температуре и детергентам открывает широкие перспективы для их использования в качестве инструментов исследования структуры ДНК и для гидролиза ДНК при производстве олигонуклеотидов и нуклеотидов.
Исследование другой группы ферментов, принимающих участие в репликации ДНК, а именно ДНК-полимераз, выделенных из дифференцирующихся клеток эмбрионов морского ежа Strongylocentrotus intermedius, а также тимидин - и тимидилаткиназ, выделенных из гонад морского ежа и приморского гребешка, показало, что по ряду основных свойств эти ферменты весьма близки к аналогичным ферментам млекопитающих и, в частности, человека. Эти ферменты были использованы как модель для поиска среди вторичных метаболитов морских организмов.специфических ингибиторов синтеза ДНК в опухолевых и пораженных вирусами клетках
     Эксперименты по определению уровня активности тимидин- и уридинкиназ в экстрактах морских микроорганизмов in vitro, а также скорости включения тимидина и уридина в нуклеиновые кислоты бактериальных клеток in vivo дали основания предположить наличие в этих штаммах ферментных систем, ответственных за фосфорилирование уридина и тимидина. Дальнейшие исследования этих систем позволят выяснить механизмы, лежащие в основе путей метаболизма органического фосфора, азота и углерода.
    Не менее перспективным является совершенно новое направление исследований - выделение и изучение структурной организации генов , кодирующих синтез выявленных уникальных ферментов и белков, ранее обнаруженных в морских организмах. Получены рекомбинантные штаммы E. coli, эффективно экспрессирующие ген высокоактивной щелочной фосфатазы, выделенной из морской бактерии Halomonas marina. Дальнейшее исследование механизмов экспрессии генов этих микроорганизмов даст новую информацию для понимания регуляции проявлений генома прокариотов.
    Разработаны и внедрены в биохимическое производство экономичные и эффективные методы выделения высокополимерной ДНК из тканей животных, ряда специфичных нуклеаз из морских организмов, разработано несколько лечебно - профилактических средств на основе нуклеиново-белковых препаратов, полученных из молок рыб.

Основные публикации за последние годы:

 

РАССКАЗОВ В.А., Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН

Тел.: (7-4232) 310703
Факс: (4232)314050
E-mail: rasskaz@piboc.marine.su Яндекс.Метрика