Молодые российские ученые научили вид дрожжей Pichia pastoris вырабатывать сладкий белок декстраназу и на его основе создали «умный» гель, предназначенный для профилактики зубного налета и кариеса. Новая разработка даёт возможность тонко регулировать характеристики средства под конкретные стоматологические задачи — менять вязкость, разрушать бактериальные биопленки или усиливать антибактериальное действие. По оценке специалистов, продукты, изготовленные с использованием этой биотехнологии, могут стать востребованными как средство профилактики одного из наиболее распространенных заболеваний в мире. Подробности об инновации — в материале «Известий».

Как особые дрожжи синтезируют сладкий белок

Ученые Университета МИСИС разработали гель на основе фермента декстраназы, который эффективно борется с зубным налетом и помогает предотвращать кариес. В дальнейшем технология обещает улучшить состав зубных паст и послужить основой для новых профилактических средств в стоматологии.

Как пояснили исследователи, специально селекционированный штамм дрожжей Pichia pastoris с помощью методов генной инженерии способен синтезировать антитела, ферменты и даже сладкие белки. Это даёт возможность программировать свойства геля и адаптировать его для решения определённых стоматологических задач, например варьировать вязкость, разрушать биопленки или усиливать антимикробный эффект.

— Существует ряд непатогенных микроорганизмов — бактерий, дрожжей и мицелиальных грибов, которые традиционно используются в качестве платформы для получения белков, липидов, кислот, необходимых в биотехнологии, пищевой промышленности и медицине. Метод направленного биосинтеза с использованием специальных микроорганизмов дает возможность создавать собственные ферменты с заданными свойствами в любом количестве, — рассказал «Известиям» доцент кафедры общей и неорганической химии НИТУ МИСИС Павел Волков.

Справка «Известий»

Декстраназа играет ключевую роль в биотехнологиях для снижения вязкости в свеклосахарной и пищевой промышленности, а также в средствах для ухода за полостью рта, поскольку помогают бороться с зубным налетом. Фермент задействован в разработке методов лечения заболеваний, связанных с метаболизмом сахара и расстройствами пищеварения.

Молодые исследователи спроектировали новую генетическую конструкцию, включающую ген, отвечающий за образование фермента декстраназы в дрожжевой системе Pichia pastoris. Затем команда изучила активность полученного биокатализатора при разных значениях кислотности и проверила его действие на различные субстраты. Эти результаты позволили адаптировать разработку для использования в полости рта человека.

— Этот штамм особенно эффективен для создания рекомбинантных ферментов, поскольку его использование исключает необходимость в дополнительной хроматографической очистке белков — дрожжи не синтезируют экзогенно посторонние белки и другие метаболиты, — сказал студент НИТУ МИСИС Ярослав Горинов, выигравший с этой разработкой 1 млн рублей в конкурсе «Студенческий стартап» Платформы университетского технологического предпринимательства, финансируемом Фондом содействия инновациям.

Как сладкий белок борется с кариесом

Внедрение подхода направленного биосинтеза в перспективе должно значительно удешевить и упростить выпуск ферментов, поскольку устраняет одну из наиболее затратных стадий производства, при этом сохраняя высокую чистоту продукта. Метод позволяет получать вещества с заданными свойствами, в том числе способные разрушать бактериальные пленки, ведущие к кариесу и другим заболеваниям зубов.

Дрожжевые платформы давно применяются для биосинтеза белков. Поэтому в случае удачной реализации средств для ухода за полостью рта на базе декстранaзы они могут стать эффективным инструментом профилактики кариеса, отметил главный врач и основатель центра дентальной имплантологии «ИмплантТайм», стоматолог-хирург Сергей Рожнов.

— Фермент декстраназа расщепляет полисахариды — ключевой компонент зубного налета. Полисахариды представляют собой крупные углеводные молекулы, которые, скажем так, обеспечивают прилипание налета к эмали. Их скопления служат субстратом для бактерий; в ходе метаболизма микрофлора выделяет кислоты, провоцирующие кариес и воспалительные заболевания мягких тканей полости рта, — пояснил медик «Известиям».

Такой фермент естественным образом снизит липкость налета, что упростит его удаление с поверхности зуба. При регулярном применении можно ожидать уменьшения частоты возникновения кариеса, добавил Сергей Рожнов.

Гели, зубные пасты и препараты на основе фермента декстраназы, разрушающего полисахариды в налете на зубах, — это перспективное решение, подчеркнул главный врач клиник «Немецкий имплантологический центр», стоматолог-ортопед Магомед Дахкильгов.

— Я полагаю, такой гель сильно снизит именно прилипание налета к эмали, так как в силу липкости он крепко фиксируется к поверхности зуба, что затрудняет ее очищение. В результате использование гелей и паст на основе декстразы приведет к снижению рисков развития кариеса, так что эти продукты могут стать очень востребованными на рынке средств по уходу за полостью рта, как способ профилактики одного из самых распространенных заболеваний в мире, — отметил эксперт.

При этом специалисты отмечают, что перед выходом подобных паст и гелей на рынок им предстоит пройти полный цикл исследований и получить обязательную сертификацию.