Тамара Пайпанова е доцент, доктор към Българската академия на науките – Институт по молекулярна биология „Академик Румен Цанев” (ИМБ), секция „Молекулен дизайн и биохимична фармакология”.
От 1994 до 2010 г. е ръководител на Лаборатория „Биологично активни пептиди, ИМБ - Благоевград; от 2007 до 2018 г. ръководи секция „Молекулен дизайн и биохимична фармакология”; от 2009 до 2010 г. е научен секретар на ИМБ, а от 2010 до 2014 г. - зам.-директор на ИМБ.
Основна област на научни изследвания: биоорганична химия, пептидна химия, биохимична фармакология, синтез и биологична активност на аминокиселини, пептиди и пептидни миметици. Има редица специализации в чужбина. Член е на Европейското пептидно дружество, Американското пептидно дружество и Съюза на учените в България. Представител е на България в борда на Европейското пептидно дружество (EPS).
Разговаряме с доц. Тамара Пайпанова за голямата роля на пептидите за здравето ни, както и за лечението на немалко тежки заболявания.
- Доц. Пайпанова, с какво ви привлякоха като учен пептидите и насочихте интереса си към тях?
- Любовта ми към пептидната химия започна още с началото на изследванията ми по моята дисертация. Един ден моят научен ръководител, много известен учен, който за съжаление тази година почина, акад. Евгени Головински, се завърна от Германия и в едно малко шишенце ми донесе някаква бяла субстанция.
Каза ми, че това е много интересна природна аминокиселина, която колегите в Германия от Института по биохимия и биотехнология на университета в Хале са изолирали. Но нищо повече не се знае за тази аминокиселина и никой не е работил по синтеза на пептиди с нейно участие – имало установени само някои данни за биологичната й активност.
Това беше основата на моята любов към пептидната химия, защото започнах една пионерска работа. Първо, трябваше да модифицирам тази аминокиселина, да направя синтезите на нейни деривати, за да мога след това да я включвам в пептиди. Аминокиселините са безкрайно много, но има 20, които са т.нар. есенциални или кодирани. Тоест, тези, които изграждат белтъците.
Природата ги използва. Като обикновено, те са в L-оптичната им форма. Всъщност аминокиселините функционират в две оптически форми, само глиницът прави изключение. А за активността им основно е отговорна L-формата. След това се доказа, че от природни източници са изолирани редица биологично-активни пептиди, съдържащи D-аминокиселини.
А аминокиселината, която изследвах, е изолирана от южноамериканското бобово растение канавалия ензиформис (Canavalia ensiformis). Може да се намери и в соята, и в други растения. Тя е природна аминокиселина, но не е белтъчно „кодирана“ и е структурен аналог на природната аминокиселина аргинин.
След получаването на канаваниновите производни, започнах да се интересувам от това в кои биологични пептиди може да се замести аргининът с тази аминокиселина, и да се установи дали тази замяна ще доведе до по-добра активност от тази на нативния пептид. Невропептидите са широко разпространени в централната и периферната нервна система на тялото.
Първите синтезирани от нас пептиди представляваха аналози на т.нар. опоидни пептиди – енкефалини, ендорфини и ендоморфини, които показаха определени активности. Изследвали сме и самия канаванин и установихме, че също притежава висока аналгетична активност. Основният проблем на всички аналгетици, които се прилагат, е, че предизвикват привикване.
Невропептидите биха могли да намерят приложение като потенциални болкоуспокояващи. Дълги години съм работила и работя в тясно сътрудничество с колеги от Института по невробиология, като там са изследвани ефектите на тези пептиди. Не съм забравила и досега опиодните пептиди. Разработваме през последните години аналози на невропептида невротензин. Открихме много интересни ефекти с тях върху модели за паркинсон.
В момента разработваме и пептидни аналози, които да послужат евентуално за терапия на алцхаймер. Това са изследвания, които правим в момента и имаме определени резултати. Една основна част от нашите проучвания са свързани с получаването на аминокиселинни производни, с очаквано противотуморно действие. В нашия институт беше синтезиран цитостатик на основата на аминокиселина, който премина и клинични изследвания. Имаше много добри ефекти, но след 90-а година, за съжаление, изследванията се преустановиха. Така че това изобретение остана само като патент на химическо съединение.
В секцията, в която работих по същото време, бяха разработвани аналози на пептидните хормони LHRH и TRH. Синтезирали сме окситоцин за ветеринарни и хуманни цели. След това вече се започна тотален внос от Китай от нашите фармацевтични фирми. Дори мога да ви кажа, че в нашата секция е синтезирана цисплатина за бившето „Фармахим”.
- Върху какви проекти работите сега?
- Сега продължаваме да работим по научни проекти с моите докторанти. Двама от тях работят по синтез и охарактеризиране на противотуморни пептиди. А последните ни проучвания, към които сме насочили нашето внимание, са с антибактериални пептиди. В последно време те са много актуални, защото повечето от тях показват и противотуморни действия. А най-важното им предимство е, че не предизвикват резистентност. Това е мишената, която се експлоатира напоследък.
Доц. д-р Тамара Пайпанова
- Кои фактори влияят на пептидите, за да са максимално функционални?
- Ако говорим за човешкия фактор, основните акценти са в здравословния начин на живот в среда, чиста от замърсяване и радиация. Ако живеете извън тези норми, ще се възпрепятства синтезът на важни пептиди-хормони в организма за неопределено време.
Тоест, ако живеете неправилно или сте стресирани, това би могло да доведе до диабет – спира да функционира инсулинът или глюкогонът. Другите фактори касаят синтетичните пептиди. Там вече е ролята на химика. Тоест, учените започват да синтезират определен „таргетен“ пептид с помощта на т.нар. рационален синтез и пептидо-миметика. Целта е пептидът да стане по-активен.
- Могат ли естествено произвеждащите се в тялото ни пептиди да се използват като лекарство?
- Разбира се, и вече се използват с тази цел. Например хормоналните пептиди глюкагон и инсулин имат специфични рецепторни места в черния дроб, които им помагат да контролират нивата на кръвната захар. Тук мога да спомена още един представител на невропептидите, който се знае от всички, хормонът на щастието – ендорфин.
Ендорфините се смятат за ендогенни болкоуспокояващи, често сравнявани с морфина. Следващият много важен пептид е окситоцин. Свързва се с репродукцията, със социалните ни отношения и връзки. Освен това е много важен в периода на раждане, свързан е с контракциите на матката. Подобен процес протича по време на кърмене и на секс.
Друг основен хормон е TSH, тиротропин освобождаващия хормон. Отделя се от хипофизата и от хипоталамуса. Има много негови аналози, които се прилагат при пациенти с проблеми с щитовидната жлеза. Така че ето ви няколко основни хормона, които са много важни за функционирането на нашия организъм и са намерили своето място в създаването на лекарства при терапията на различни заболявания.
- Какви са основните предимства на пептидите, когато се използват в различни лекарствени препарати?
- Пептидите имат две изключително важни качества: те са ниско токсични и са високо ефективни и селективни. Основното, което отличава пептидите от останалите химиотерапевтици, е, че те са по-слабо имуногенни, имат ниско молекулно тегло, дори спрямо белтъците, които се използват в химиотерапията. Благодарение на това по-лесно преминават през клетъчната мембрана. Освен това и което е най-важно, продуктите на метаболизма им са обикновени аминокиселини, които не са токсични.
Например при химиотерапията на рака тези лекарствени молекули, които се използват в лечението, не са селективни, не атакуват само раковите клетки, а поразяват и здравите. При пептидите е установено, че са високоселективни. И затова сега, в модерния дизайн на лекарствените средства, намират място пептидите и т.нар. „таргетни пептиди“.
Към тях например може да се прикачва и определено, известно лекарствено средство, за да се достави точно до раковата клетка. От друга страна, се цели и понижаване токсичността на химиотерапевтика. Когато се комбинира лекарството с пептид, се търси т.нар. синергичен ефект – подсилване на действието.
Тъй като в химиотерапията не се използва само едно лекарствено средство, а се прилага комбинирана терапия, правят т.нар. коктейли. Установено е също така, че всяко лекарство атакува различни мишени, но когато попадне в организма и се разгради, се получават различни разпадни продукти. Те също водят до тежки странични ефекти.
Тези разпадни продукти могат да си взаимодействат и помежду си, но никой не може да предвиди последствията от това. Затова съвременната идея е т.нар. синтез на хибридни съединения, в които се конюгират различни компоненти в една структура, при това се атакуват отделни мишени. Тоест, има пептид, цитостатик и друга активна молекула. Въпрос на синтетична стратегия е как да се комбинират. Това съединение вече по принцип не би трябвало да е толкова токсично, а и страничните му ефекти така тежки.
И това е най-съвременната идея на фармацевтичния дизайн за нови лекарствени средства. Целта е да се щади възможно повече човешкият организъм, защото всяко нещо, дори и храната, която ядем, организмът приема като отрова и след това се старае колкото се може по-бързо да го изхвърли.
Този подход намира място не само в противотуморната терапия, но и например при синтезата на лекарствени средства за лечение на невродегенеративни заболявания като алцхаймер или за паркинсон.
- Колко близко или колко далеч сме до приложението им в практиката за лечение на заболяванията?
- Вече има пептиди, които са в последен стадий на клинични изпитвания и други, които са включени в терапията на онкоболни. Така например пептидът, който се използва за лечение на рак на простата, е LHRH и аналози. Сомастотиновите аналози – октреотид, ланреотид, се използват за лечение на симптоми, причинени от невроендокринни тумори. Други пептиди, като например индий-111 октреотид, намират приложение за медицинско визуализиране при диагностиката на рак.
Много актуални са противораковите пептидни ваксини – стимувакс и примовакс.
- Имат ли и недостатъци пептидите в тази връзка?
- Да, в повечето случаи не са подходящи за пряко използване като терапевтици – те се атакуват от протеазните ензими в организма и много бързо се разграждат. Пептидите обикновено, се изчистват от бъбреците в рамките на няколко минути след влизането в кръвта на пациента. Те имат много кратък полуживот. Инсулинът има полуживот в кръвта само за 4-6 минути.
Окситоцинът се разграждат напълно за 10-15 минути и се изхвърля през бъбреците. Затова дори и сега не е решен проблемът с въвеждането на инсулина. Хората не обичат да ги инжектират. Много по-лесно им е да пият таблетки. Проблемът е обаче, че почти няма пептиди, които могат да се приемат в таблетна форма. Правят се назални спрейове, кремове, но повечето лекарствени форми са инжекционни.
- От незапомнени времена човечеството търси начини да спре стареенето и да върне младостта. Успели ли са учените да се доближат до решаването на този проблем с пептидните биорегулатори?
- Да, работи се и в тази насока. Един от тези пептиди е например даларгинът. Синтезиран е за първи път в Института по органична химия, Москва. Той е опиоиден пептид, аналог на енекефалин и има доказан цитопротективен ефект – спомага за заздравяването на раните. Ние в наши изследвания с аналог на даларгина, съдържащ канаванин, установихме, че има противоязвен ефект. Същевременно в съвременната козметична индустрия се използват и пептиди, които стимулират регенерирането на клетките – така се подобрява и стареенето. Такива пептиди много се използват за производството на кремовете, като най-често в тях се включва аргинин.
- Има ли пептиди и в хранителните продукти?
- Да, има. Повечето биологично-активни пептиди, като антиоксидантни, антибактериални и т.н., са получени от природните източници – растителни и животински. Те са изолати, тоест, хидролизирани белтъци, които се съдържат в хранителните продукти. По време на храносмилането протеините се хидролизират, генерирайки голям набор от пептиди.
Растителни източници обикновено са зърнените храни, като пшеница, ориз, овес, ръж и царевица, и някои бобови растения, като соя, грах и нахут. От растителните източници соята е един от най-широко изследваните като източник на пептиди, тъй като е значителен източник на диетичен протеин. Получаването на хидролизирани протеини от месни протеини, които освен че имат важна биологична активност са и отлични източници на хранителни вещества, като есенциални аминокиселини, минерали и витамини.
Така че аминокиселините и пептидите са много важна част от нашия живот. Затова и диетолозите препоръчват на хората да консумират повече киноа, соя, зърнени продукти.
Какво представляват тези чудодейни молекули?
„Пептидите са биологични молекули, съставени от определен брой аминокиселинни остатъци. Те се свързват с т.нар. пептидна връзка и представляват части от белтъка. Говорим за олигопептиди или къси пептиди, когато съдържат от 2-3, до 50 аминокиселини. Например малко хора знаят, че инсулинът също е пептид и съдържа 50 аминокиселинни остатъка. А при над 50 аминокиселинни остатъка говорим за белтък. Активността на даден биологично-активен пептид – дали ще е антиоксидантна, портивотуморна или антибактериална, зависи на първо място от съдържащите се в него аминокиселини и второ, от реда им – начина, по който са подредени. А възможностите за активности са безкрайно много.
Пептидите може основно да ги разделим на две групи: синтетични и такива, които са изолирани от природни източници. Например, вълната също е пептид. Тя съдържа кератин – белтък, който изгражда ноктите, косата, вълната при животните. Аз съм работила в института по вълната в Германия, във Аахен, където е направена първата тотална синтеза на инсулин от учени, ръководени от проф. Хелмут Цан.
Той казваше: „Аз получавам парите от вълната, за да мога да правя хобито си – синтез на инсулина”. През 1963 г. две групи от учени, независимо една от друга, правят първия тотален химичен синтез на инсулин. Първата група е тази на проф. Цан от гр. Аахен, а втората – от САЩ, ръководена от проф. Кацоянис. И двете групи са номинирани, но Нобеловата награда е дадена на американската изследователска група“, обясни ученият.
Милена ВАСИЛЕВА
