Гепатопанкреас промысловых крабов стал объектом молекулярной биотехнологии

Группа исследователей из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино на протяжении нескольких лет изучает гепатопанкреас двух промысловых крабов, камчатского (Paralithodes camtschaticus) и стригуна (Chionoecetes opilio) [1], [2]. Серия работ показывает: именно в этом органе собран целый набор ферментов и пептидов с необычными свойствами [3], [4]. Гепатопанкреас шаг за шагом перестаёт быть «отходом промысла» и превращается в самостоятельную платформу для поиска биологически активных молекул.

Антибиотики, на которых держалась медицина последние семьдесят лет, работают всё хуже. Об устойчивости бактерий давно говорят не только микробиологи и фармакологи. На этом фоне исследователи всё чаще оглядываются назад, в сторону тех форм врождённой защиты, которые живые организмы вырабатывали миллионами лет. Особенно заметны среди них антимикробные пептиды — короткие молекулы, которые способны нарушать целостность бактериальных клеток, тормозить рост патогенов и часто работают там, где классические антибиотики уже бессильны.

Гепатопанкреас у ракообразных — это крупный и удивительно многофункциональный орган. Он берёт на себя то, что у позвоночных поделено между печенью, поджелудочной и частью кишечника: переваривает пищу, накапливает запасы, участвует в обмене веществ и, как показывают такие работы, в защитных реакциях организма [5]​, [6]​, [7]​. С точки зрения биотехнолога это находка. То, что на заводах считается вторичным сырьём и обычно отправляется в отходы, в лаборатории оказывается хранилищем молекул с серьёзным прикладным потенциалом.

Гиалуронидазная активность

Одной из первых работ в этой серии стало исследование гиалуронидазы камчатского краба. Авторы вместе со своими коллегами из Группы прикладной энзимологии ИБП РАН (ФИЦ ПНЦБИ РАН) показали, что гомогенат гепатопанкреаса обладает гиалуронидазной активностью; белок с такой активностью имеет молекулярную массу 40–50 кДа, а реконструированная по транскриптому и клонированная последовательность фермента соответствует ожидаемой массе около 42,5 кДа. Но самое интересное оказалось в механизме: гиалуронат расщеплялся по пути β-элиминирования — а этот путь обычно ассоциируют прежде всего с бактериальными гиалуронидазами [8]​.

Помимо самого механизма, авторы показали, что конечный продукт деградации — ненасыщенный тетрасахарид, а скорость расщепления гиалуроната, нормированная на общий белок, оказывается примерно на порядок выше, чем у коммерческого препарата гиалуронидазы «Лидаза» (Lydazum). Для научного сообщества это был серьёзный результат: гепатопанкреас камчатского краба оказался источником фермента с редким для высших эукариот типом катализа [9]​.

Липолитическая активность

Следующим шагом стало изучение липолитической активности того же органа. В 2022 году группа показала, что гомогенат гепатопанкреаса камчатского краба уверенно гидролизует триацетин в широком диапазоне pH и проявляет умеренную активность в отношении эмульсии каприловых/каприновых триглицеридов. ЯМР-анализ позволил проследить всю цепочку превращений: триацетат глицерина последовательно переходит в 1,2-диацетин, затем в 2-моноацетин и 1-моноацетин, причем среди конечных продуктов преобладает именно 1-моноацетин. У этого результата сразу две стороны. С фундаментальной точки зрения он показывает, что ферментный набор гепатопанкреаса ракообразных изучен пока поверхностно. С прикладной — намекает на возможность использовать такие ферменты в процессах, где важны мягкие условия катализа и получение моно- и диацетинов, которые, в частности, идут в пищевую промышленность как эмульгаторы [10]​.

Антимикробные свойства

Дальше исследователи перешли к антимикробным свойствам гепатопанкреаса. В статье 2023 года группа из Пущино показала, что в низкомолекулярной белковой фракции, полученной из ацетонового порошка гепатопанкреаса камчатского краба, сидит небольшой пептид массой около 5 кДа. По данным зимографии он гидролизует клеточную стенку Micrococcus lysodeikticus, а по данным ЯМР — ещё и полисахарид клеточной стенки, состоящий из N-ацетилмурамовой кислоты и N-ацетилглюкозамина. К желатину пептид был равнодушен, то есть речь шла именно о гидролазе клеточной стенки, а не о каком-то общем протеолизе [11]​.

В той же работе авторы проверили и живой антибактериальный эффект экстракта с этим пептидом. Он уверенно подавлял рост грамположительных Bacillus cereus и Bacillus subtilis, а рост E. coli как минимум притормаживал. Позднее эту линию уточнили на штамме B. tropicus: пептидный экстракт камчатского краба эффективно ингибировал грамположительную бактерию и заметно тормозил E. coli на ранней стадии, причем против грамположительных работал даже эффективнее лизоцима. Уже тогда стало ясно, что речь не про «просто антибиотик» и не про «просто фермент», а про молекулу, которая сочетает свойства антимикробного фактора и фермента, действующего на клеточную стенку [12]​.

Включение в исследование краба стригуна

Дальнейший ход работы оказался особенно важным, потому что исследование расширили сразу в двух направлениях — и по видам краба, и по методам выделения пептида. В работе 2024 года группа сравнила препараты из гепатопанкреаса камчатского краба и стригуна. У стригуна удалось найти ещё один активный компонент — пептид поменьше, около 3 кДа, который, как и 5-кДа пептид камчатского краба, гидролизует клеточную стенку и полисахарид стенки M. lysodeikticus. А у камчатского краба в той же работе выделили уже другой активный компонент: белок около 14 кДа, полученный с помощью аффинной хроматографии. Его активность против клеточной стенки грамположительной бактерии подтверждали и зимографией, и турбидиметрией. К 2024 году стало понятно, что гепатопанкреас промысловых крабов содержит сразу несколько антибактериальных белков и пептидов разной молекулярной массы, а сами активные молекулы различаются между видами [13]​.

Очень показателен и технологический аспект этой работы. Авторы попробовали улучшить протокол: изменили способ получения лиофилизированного порошка гепатопанкреаса и добавили стадию водной экстракции, чтобы сохранить побольше низкомолекулярных белков. Результат оказался неожиданным. Для камчатского краба включение водной экстракции приводило к исчезновению полосы ферментативной активности в области 5 кДа, которую раньше уверенно видели. Авторы связывают это с тем, что активный пептид, по всей видимости, «съедают» ферменты самого гепатопанкреаса. У стригуна, наоборот, активность в этой области сохранялась. Случай очень наглядно показывает, насколько поиск таких молекул чувствителен к пробоподготовке: речь уже не просто о том, чтобы найти биоактивное соединение, а о том, чтобы настроить всю технологическую цепочку выделения [14]​.

Самая свежая работа группы, опубликованная в 2025 году, вывела исследования на новый уровень. В ней авторы уже напрямую сравнили антибактериальные свойства пептидов из гепатопанкреаса камчатского краба и стригуна и одновременно отработали подход к выделению пептида камчатского краба. Оказалось, что оба пептида особенно эффективны против грамположительных бактерий, а их молекулярные массы различаются: у камчатского краба — около 5 кДа, у стригуна — около 3 кДа. Максимум активности у обоих наблюдался при нейтральном и слабощелочном pH. Антибактериальный эффект проявлялся в отношении B. tropicus и B. subtilis, тогда как на E. coli выраженного действия уже не было. Авторы объясняют это тем, что пептиды бьют прежде всего по клеточной стенке грамположительных бактерий, разрушая полисахарид пептидогликана по механизму, близкому к лизоцимному [15]​.

Ещё важнее оказались различия в устойчивости найденных пептидов. Пептид камчатского краба повёл себя капризно: при повышенной ионной силе его активность резко падала, и он же оказался чувствителен к восстановителю дисульфидных связей. А это уже намёк на то, что в поддержании его функциональной формы важную роль играют либо сами дисульфидные мостики, либо как минимум цистеиновые остатки. Пептид стригуна повёл себя иначе: заметного подавления активности в присутствии восстановителя дисульфидных связей у него не наблюдали, а в солевых условиях авторы даже фиксировали небольшое усиление эффекта. Иными словами, у двух близких по функции молекул профили устойчивости оказались совершенно разными. Для прикладной биохимии это порой важнее самого факта антимикробной активности: будущее таких молекул определяется ровно тем, как они работают в реальных химических средах [16]​.

Параллельно авторы придумали, как пептид камчатского краба очищать. Подошла хроматографическая колонка Blue Sepharose 6 Fast Flow: по всей видимости, очистка стала возможной благодаря гидрофобным взаимодействиям пептида с красителем Cibacron Blue 3G-A, ковалентно пришитым к матрице. Для пептида стригуна тот же подход оказался гораздо менее эффективным, что лишний раз подчеркнуло: при сходной мишени и общем механизме действия природа этих молекул все-таки разная. Это уже следующий этап после простого обнаружения активности — движение к препаративному выделению, к последующей расшифровке последовательности и, возможно, к получению рекомбинантных вариантов для детального анализа структуры и функции [17]​.

Практическая значимость и перспективы

Именно в этой точке исследования группы приобретают более широкий смысл. Формально это сообщения о новых антимикробных пептидах из гепатопанкреаса крабов, но правильнее читать их как часть большой исследовательской программы. В ней гепатопанкреас промысловых ракообразных последовательно раскрывается как источник биомолекул сразу нескольких классов. Сначала — необычная гиалуронидаза. Потом — липолитический комплекс с интересной селективностью. Дальше — 5-кДа антимикробный пептид камчатского краба, затем 3-кДа пептид стригуна и 14-кДа антибактериальный белок камчатского краба, а теперь — различия этих пептидов по устойчивости, pH-профилю и возможностям очистки. Такой набор результатов меняет взгляд на вторичное сырье крабового промысла: вместо малоценного остатка перед исследователями — сложная система, где скрыты молекулы с диагностическим, пищевым, промышленным и фармакологическим потенциалом [18]​, [19]​, [20]​, [21]​.

Для биомедицины особый интерес представляет антимикробное направление. Рост устойчивости бактерий к антибиотикам делает поиск новых антибактериальных молекул одной из ключевых задач современной науки, и найденные в гепатопанкреасе крабов пептиды важны сразу по нескольким причинам. Во-первых, они действуют против грамположительных бактерий, разрушая клеточную стенку. Во-вторых, их активность сочетается с ферментативным воздействием на полисахарид пептидогликана. В-третьих, для части этих молекул уже появились первые данные об устойчивости в разных условиях среды — а значит, начался переход от простого описания активности к пониманию её границ. Для исследователей это означает появление новых моделей, на базе которых можно искать аминокислотную последовательность, делать рекомбинантные варианты, модифицировать структуру и подбирать более технологичные формы [22]​, [23]​.

При этом ценность этих работ выходит далеко за рамки будущих лекарств. Уже из более ранних публикаций группы видно, что гепатопанкреас камчатского краба и стригуна может рассматриваться как источник молекул для самых разных областей — от медицинской энзимологии до пищевой биотехнологии. Сами авторы в статье 2023 года прямо указывали, что найденный антимикробный пептид может быть интересен медицине, биотехнологии и пищевой индустрии, например как биоконсервант. В сочетании с данными о липазах и гиалуронидазе это складывается в куда более объёмную картину: изучение побочных продуктов морского промысла оказывается связано не только с рациональным природопользованием, но и с поиском новой молекулярной базы для прикладных разработок [24]​, [25]​, [26]​.

Конечно, путь от такой находки до готового препарата или промышленного продукта остается длинным. Для новых пептидов ещё нужно установить аминокислотные последовательности, уточнить пространственную организацию, разобраться с ролью отдельных остатков и дисульфидных связей, проверить активность на более широком наборе штаммов и оценить устойчивость в сложных средах. Но именно такие работы и закладывают фундамент для дальнейших шагов. Они показывают, где искать активные молекулы, как их выделять, какие условия влияют на их работу и какие виды дают наиболее перспективных кандидатов. В случае пущинской группы особенно приятно, что вся траектория уже видна по цепочке публикаций: от описания ферментных активностей — к конкретным антибактериальным пептидам, от первичного скрининга — к сравнительной биохимии и разработке подходов к очистке.

Именно поэтому нынешнюю историю про антимикробные пептиды из гепатопанкреаса крабов стоит читать шире, чем обычную новость про «ещё одну молекулу». Это история про то, как вторичное сырьё постепенно превращается в объект современной молекулярной биотехнологии. Про то, как из тканей промысловых животных удаётся выделять ферменты с редкими механизмами действия, липолитические комплексы с интересной селективностью и антимикробные пептиды, которые отличаются друг от друга массой, устойчивостью и технологической пригодностью. И про то, как шаг за шагом складывается новая карта биохимического потенциала морских беспозвоночных, в которой промысловый краб оказывается уже не только ресурсом питания, но и источником молекул для будущих биомедицинских и биотехнологических решений.

Источник: пресс-служба ИТЭБ РАН.