Междисциплинарная группа ученых из Научного института Вейцмана создала фермент, защищающий от нервно-паралитических фосфорорганических отравляющих веществ (ОВ). Введение в организм небольшого количества фермента позволяет обезвредить ОВ до того, как нервы и мышцы будут необратимо повреждены. Результаты этого исследования недавно опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.

Защита от нервно-паралитических ОВ является важнейшим компонентом системы обороны государства. Эти сильнодействующие отравляющие вещества могут применяться армией врага и террористическими организациями и представляют угрозу для военных и гражданского населения. К сожалению, существующие средства защиты и лекарства имеют ограниченную эффективность.

Нервно-паралитические агенты нарушают химическое сообщение между нервными и мышечными клетками, вызывая потерю мышечного контроля, что в конечном итоге приводит к смерти от удушья. Нервно-паралитические ОВ вмешиваются в деятельность ацетилхолинэстеразы, фермента, ответственного за распад молекул химического «почтальона» – ацетилхолина. В результате ацетилхолин продолжает бесконечно передавать мышцам всего тела устаревшие приказы и заставляет их беспорядочно сокращаться.

Существует ряд лекарственных препаратов, которые используются для лечения случаев отравления нервно-паралитическими ОВ. Однако они эффективны только при воздействии малых количеств ОВ и не обеспечивают защиту от высоких доз, а также не могут противостоять всем типам нервно-паралитических ОВ, да еще и обладают серьезными побочными эффектами. Увы, в дополнение ко всем этим недостаткам, они также не могут предотвратить или излечить повреждения головного мозга и двигательных нервов, вызванные поражением ОВ.

Идеальным решением проблемы является использование ферментов – белков, которые ускоряют химические реакции. Они могли бы захватить и разрушить агенты нервно-паралитического действия, прежде чем те свяжутся с ацетилхолинэстеразой. Таким образом можно избежать главных симптомов отравления и защитить организм от серьезных повреждений. Основным препятствием на пути реализации этой идеи, является тот факт, что отравляющие вещества нервно-паралитического действия являются искусственными материалами, а следовательно, эволюция не выработала соответствующих природных ферментов.

Для разработки защиты от ОВ ученые выбрали фермент PON1, который в человеческом теле разрушает продукты окисления жиров, накапливающиеся на стенках кровеносных сосудов, и тем самым предотвращает атеросклероз. Выяснилось, что PON1 слабо, но воздействует на соединения, принадлежащие к семейству ОВ нервно-паралитического действия. С помощью метода направленной эволюции (выбора необходимого типа фермента среди множества мутаций), ученые надеются значительно повысить эффективность PON1.

Уже удалось добиться некоторых успехов: после нескольких раундов поиска нужной мутации удалось создать фермент, способный разрушать зоман и циклозарин, прежде чем эти отравляющие вещества воздействуют на ацетилхолинэстеразу. Дальнейшие эксперименты показали, что при профилактическом применении этих ферментов подопытные животные смогли без серьезных негативных последствий пережить высокую дозу вышеуказанных нервно-паралитических ОВ.

Ученые планируют дальнейшее совершенствование своего препарата с целью создания профилактического лечения, которое сможет защитить от всех типов существующих нервно-паралитических отравляющих веществ. Также исследователи надеются, что удастся разработать высокоэффективные ферменты, которые смогут очень быстро нейтрализовывать воздействие ОВ непосредственно после отравления. Это могло бы помочь в ликвидации последствий неожиданного применения ОВ, например, в случае теракта.