Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), были опубликованы в журнале Communications Chemistry, входящем в группу журналов Nature.
Бруцеллез — это серьезное инфекционное заболевание, вызванное бактериями рода Brucella, и оно широко распространено среди домашних животных, таких как коровы, козы, свиньи и овцы. Люди могут заразиться бруцеллезом через контакт с инфицированным животным или при употреблении загрязненных продуктов, например молока и сыра. У человека заболевание протекает тяжело: если антибиотики не назначаются своевременно, бактерии могут поразить практически все органы и системы, включая опорно-двигательный аппарат, нервную, дыхательную и кровеносную системы. В России ситуация с бруцеллезом остается нестабильной: в разных регионах периодически фиксируются вспышки среди домашних животных, особенно в Северо-Кавказском и Южном федеральных округах.
В связи с вспышками бруцеллеза приходится уничтожать целые стада, что вызывает значительные экономические потери. При этом неточные диагностические тесты, приводящие к ложноположительным результатам, могут привести к уничтожению здоровых животных. К сожалению, надежные и доступные методы диагностики бруцеллеза до сих пор отсутствуют. Существующие тесты часто дают ложноположительные результаты, так как они направлены на обнаружение антител к О-полисахариду — компоненту клеточной стенки бактерий. Когда Бруцелла проникает в организм животного или человека, иммунная система распознает ее О-полисахарид и начинает вырабатывать специфические антитела. Однако наличие этих антител в крови не является подтверждением активной инфекции.
Кроме того, у других бактерий, таких как кишечная палочка (Escherichia coli), также присутствуют О-полисахариды с аналогичной структурой. В результате тестовые системы часто «путают» О-антигены различных микроорганизмов. Это затрудняет возможность различать вакцинированных животных от инфицированных, а также выявлять инфекции в продуктах питания. Поэтому разработка новых методов диагностики является крайне важной и актуальной.
Исследователи из Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН (Москва), Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии имени почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава РФ (Москва) и Российского университета дружбы народов (Москва) предложили использовать для диагностики бруцеллеза другой компонент клеточной стенки Бруцелл — циклический β-D-глюкан, или полисахарид B. Данное соединение, которое состои из 17–25 связанных в кольцо мономеров глюкозы, в больших количествах вырабатывается Бруцеллами, а потому может служить хорошим маркером их присутствия в организме. Однако к полисахариду В не вырабатываются специфические антитела, поэтому тест-систем для его выявления до сих пор не было.
Авторы решили эту задачу, синтезировав серию олигосахаридов, структурно повторяющих фрагменты природного полисахарида В. В состав соединений входили от двух до пяти мономеров. При этом при добавлении каждого нового фрагмента наблюдалось резкое снижение эффективности синтеза. Тем не менее, оптимизация условий реакции, в том числе подбор растворителя, позволила получить необходимые соединения с высоким выходом.
Соавторы исследования из НИЦЭМ имени Н.Ф. Гамалеи и РУДН. Слева направо: кандидат медицинских наук Ю.К. Кулаков, аспирант А.А. Далгатова, доктор медицинских наук О.А. Бургасова. Источник: Николай Нифантьев.
Авторы провели сравнение 3D-структур полученных веществ с природным полисахаридом В и выяснили, что наиболее близким к естественной молекуле оказался олигосахарид, содержащий пять мономеров. Этот олигосахарид был соединен с бычьим сывороточным альбумином для придания соединению иммуногенных свойств, то есть способности вызывать иммунный ответ. Следует отметить, что сами по себе олигосахариды и природный полисахарид В не вызывают выработки антител у животных, однако в комплексе с белком такая способность проявляется.
Структура природного полисахарида В и синтезированных олигосахаридов. Источник: Kuznetsov et al. / Communications Chemistry, 2025.
Полученный иммуноген, состоящий из олигосахарида и белка, ученые вводили кроликам дважды с интервалом в 14 дней. Спустя 28 дней после первого введения у животных были обнаружены антитела, специфичные к использованному для иммунизации олигосахариду. Кроме того, эти антитела проявили кросс-реактивность и к природному полисахариду В, что позволяет использовать их для точного обнаружения бактерий в крови животных и человека, а также в пищевых продуктах.
«Природный полисахарид В практически не вызывает выработку специфичных к нему антител, поэтому ранее он не рассматривался в качестве диагностического маркера при выявлении бруцеллеза. Однако мы создали искусственные молекулы, частично имитирующие его структуру и вызывающие иммунный ответ. Именно благодаря этому удалось получить специфические антитела, которые могут лечь в основу высокоточных тест-систем для диагностики заболевания и проверки мясомолочной продукции. Для внедрения результатов в практику мы ведем переговоры с профильными ведомствами и надеемся на их внимание и поддержку. Ведь бруцеллез остается самой распространенной зоонозной инфекцией в мире, самой неохваченной вниманием и самой игнорируемой на сегодняшний день, а те меры, которые сегодня применяются, даже не являются эффективно сдерживающими», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Николай Нифантьев, доктор химических наук, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией химии гликоконъюгатов Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН.
Источник: пресс-служба Российского научного фонда.
Заглавное фото: соавторы исследования из ИОХ РАН. Слева направо: член-корреспондент РАН Н.Э. Нифантьев, кандидат химических наук А.Г. Гербст, доктор химических наук В.Б. Крылов, студент А.Н. Кузнецов. Источник: Николай Нифантьев.
