"Молочный белок как наночастица с заданными свойствами"
Материал прочитан 3116 раз и оценен
0
А.Ю. Просеков, д.т.х.,
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности,
С.Ю. Глебова, к.б.н.,
Сибирский университет потребительской кооперации, Новосибирск
И.С. Разумникова
Кемеровский ТИПП
Нанотехнологию можно определить как набор технологий или методик, основанных на манипуляциях с отдельными атомами и молекулами, т.е. регулирования структуры и состава вещества.
К наночастицам или наноструктурам относятся объекты размером от 1 до 100 нм, в связи с чем многие биологические материалы могут быть классифицированы как наночастицы. Бактерии, размеры которых составляют 1-10 мкм, относятся к миру мезоскопических масштабов, вирусы находятся в верхней части диапазона наночастиц - от 10 до 200 нм, белки - внизу нанометрового диапазона, обычно между 4 и 50 нм. Строительные блоки белков, т.е. 20 протеиногенных аминокислот, имеют размеры около 1 нм, т.е. вблизи нижней границы наноструктур.
В природе встречается более 100 аминокислот, но только 20 из них используются организмами при синтезе белков.
При формировании молекулы белка эти аминокислоты последовательно соединяются друг с другом прочными пептидными связями и образуют длинные цепи из сотен, а в некоторых случаях из тысяч аминокислотных остатков. В результате изгибов и сворачивания полипептидные цепи упаковываются в молекулы диаметром 4-50 нм. Таким образом, белок, в том числе молочный, - это наночастица, которая представляет собой упакованную определенным образом полипептидную наноцепь [6].
Наночастицы с заданными свойствами, в частности белки, становятся все более востребованными в области биотехнологии, в фармацевтической и пищевой отраслях. Благодаря своей наноразмерной структуре белковые молекулы рассматриваются как новые материалы для электроники [1]. Обладая третичной структурой, они являются блоками, на основе которых может быть сформирована надмолекулярная структура, например пленочная.
Белки помимо того, что выступают в качестве средств доставки лекарственных веществ, могут представлять собой и сами лекарства, способствуя растворению плохорастворимых веществ, ускорению химических реакций, имеют высокую адсорбционную способность.
Одна из основных задач исследований белковых молекул состоит в разработке индустриальных методов, позволяющих формировать структуру частицы на микро- и наноуровне и получать новые белковые материалы с заданными свойствами.
Сегодня остро стоит проблема получения стабильных форм протеинсодержащих лекарственных препаратов с нанокомпозитной структурой. Наметилась тенденция их применения не только для инъекционного назначения, но и для ингаляционного и трансдермального использования. Преимущество такой структуры заключается в возможности получать тонкодисперсные свободнотекущие порошки с частицами микроразмера, подходящие для последующей обработки и имеющие характерные свойства химических веществ, которые проявляются на наноуровне.
Уже проведен ряд исследований, с помощью которых были получены иммунные препараты из молочного белка. В последние годы показана возможность использования иммунных белков молока и молозива для адекватной замены естественного вскармливания. Препарат лактоглобулина, полученный при помощи технологии мембранной фильтрации, в РПГА давал реакцию агглютинации в разведении 1:8, соответствующую титру антител, установленному центром по стандартизации иммунобиологических препаратов. Полученные результаты свидетельствуют о возможности промышленного внедрения технологии мембранной фильтрации [5].
За последние 60 лет β-лактоглобулин (β-ЛГ) коровьего молока был исследован практически всеми биохимическими методами. Несмотря на это, его биологическая функция окончательно не выявлена, хотя точно установлены некоторые свойства. При промышленной переработке молока присутствие β-ЛГ приводит к последствиям пока не исследованной природы, а белки молочной сыворотки используются для запуска агрегации при более низкой температуре. Краткий обзор свойств β-ЛГ и некоторые его возможные функции рассмотрены в работе [7] главным образом на основе исследований, проведенных в физиологических условиях.
Суммированы данные о биологически активных пептидах, выделенных за последние 10 лет из белков молока. Такие пептиды проявляют свойства опиоидных агонистов и антагонистов, иммуномодуляторов, антитромбозную активность, способны снижать кровяное давление, обладают антибактериальным и антивирусным действием, препятствуют развитию диареи, контролируют абсорбцию минеральных веществ [8].
Особое внимание уделяется лактоферрину, входящему в защитный белковый комплекс молока. Помимо лактоферрина в него входит уже хорошо изученный полифункциональный белок ангиогенин. Согласно исследованиям, проведенным в Институте биоорганической химии СО РАН и НИИ региональной патологии и патоморфологии СО РАМН (Новосибирск), ангиогенин является иммуномодулятором [4].
Перечисленные препараты - только малая часть того, что можно получить из молока. Нанотехнология позволит не только расширить этот ассортимент, но и понять свойства полученных объектов. Особенно актуально создание новых способов и соответствующего оборудования для обработки термочувствительных материалов с возможностью получения продукта с заданными свойствами. Однако очень важно понимание этого процесса на молекулярном уровне, который все еще остается недостаточно изученным. При этом первостепенной задачей при получении материалов биологической природы остается сохранение исходных компонентов, питательной и терапевтической ценности, органолептических свойств продуктов с размером частиц микро- и наномасштаба.
В технологии создания наночастиц существует два принципиально разных подхода к обработке вещества:
— «сверху вниз», т.е. уменьшение размеров физических тел механической или иной обработкой до объектов с нанометровыми параметрами;
— «снизу вверх», т.е. сборка создаваемого нанообъекта из элементов «низшего порядка» (атомов, структурных фрагментов биологических клеток и т.п.).
Считаем, что для получения иммунных белковых наночастиц рационально использовать первый метод как более дешевый и доступный для молочной промышленности.
Известно, что переработка молока (пастеризация или стерилизация) снижает полезные свойства, характерные для сырого молока, в том числе иммунные. Установлено, что при температуре 80 °С (по другим данным, до 70 °С) иммуноглобулины теряют свои иммунные свойства [2]. Однако интерес ученых к иммунным свойствам молока не ослабевает. Возможно, при более детальном изучении нанотехнологии молочных белков можно выделить и ранее неизвестные нанообъекты, обладающие выраженными иммунными свойствами.
Одним из путей использования полученных иммунных белков может стать обогащение пастеризованного (или стерилизованного) молока. Это позволит не только повысить уровень белка (в некоторых регионах Западной Сибири вырабатывается низкобелковое молоко, например, в Новосибирской обл. молоко содержит 2,9 % белка против 3 %, требуемых по ГОСТу), но, что более важно, вернуть молоку его первоначальные свойства (в частности, иммунные).
Таким образом, нанотехнологии дают возможность рассматривать белок молока как наночастицу, обладающую еще недостаточно изученными свойствами. Именно поэтому они представляются весьма перспективными для получения новых конструкционных белковых материалов, ценных фармацевтических препаратов и т.п. [3].
ЛИТЕРАТУРА
1. Бодров Ю.В., Островидова Г.У. Формирование пленарных наноструктур на основе белков и исследование их электрофизических свойств //материалы 4-и международной конференции «Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологим». - СПб.. 2004.
2. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов.- СПб.: Гиорд, 2004.
3. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию: монография. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005.
4. Комолова Г.С., Тихомирова НЛ., Андреев О.И. Ангиогенин молока - активная основа лечебных средств//Молочная промышленность. 2007. № 2.
5. Летуновский А.В., Бибов М.Ю., Павлова Т.В., Сравнение белкового состава и иммунных свойств препаратов лактоглобулина // труды 3-й научной сессии Ростовского государственного медицинского университета.- Ростов-на-Дону, 2000.
6. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии.- М.: Техносфера, 2005.
7. Sawyer Lindsay, Kontopidis George. The core lipocalin, bovine β-lactoglobulin // Biochim. et biophys. acta. Protein Struct. and Mol. Enzymol. 2000. Vol. 1482. N 1-2.
8. Shi Gang. Аминокислотная последовательность и функции биоактивных пептидов из белков молока//Dongwuxue zazhiChin.J. Zool. Chin. J. Zool. 2002. Vol. 37, N 2.
Работа выполнена в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 гг.», направление «Живые системы».
Настоящим, в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 года, Вы подтверждаете свое согласие на обработку компанией ООО «Концепция связи XXI век» персональных данных: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу в целях продвижения товаров, работ, услуг на рынке путем осуществления прямых контактов с помощью средств связи, продажи продуктов и услуг на Ваше имя, блокирование, обезличивание, уничтожение.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует конфиденциальность получаемой информации. Обработка персональных данных осуществляется в целях эффективного исполнения заказов, договоров и иных обязательств, принятых компанией в качестве обязательных к исполнению.
В случае необходимости предоставления Ваших персональных данных правообладателю, дистрибьютору или реселлеру программного обеспечения в целях регистрации программного обеспечения на Ваше имя, Вы даёте согласие на передачу своих персональных данных.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует, что правообладатель, дистрибьютор или реселлер программного обеспечения осуществляет защиту персональных данных на условиях, аналогичных изложенным в Политике конфиденциальности персональных данных.
Настоящее согласие распространяется на следующие персональные данные: фамилия, имя и отчество, место работы, должность, адрес электронной почты, почтовый адрес доставки заказов, контактный телефон, платёжные реквизиты.
Срок действия согласия является неограниченным. Вы можете в любой момент отозвать настоящее согласие, направив письменное уведомление на адрес: podpiska@vedomost.ru с пометкой «Отзыв согласия на обработку персональных данных».
Обращаем Ваше внимание, что отзыв согласия на обработку персональных данных влечёт за собой удаление Вашей учётной записи с соответствующего Интернет-сайта и/или уничтожение записей, содержащих Ваши персональные данные, в системах обработки персональных данных компании ООО «Концепция связи XXI век», что может сделать невозможным для Вас пользование ее интернет-сервисами.
Давая согласие на обработку персональных данных, Вы гарантируете, что представленная Вами информация является полной, точной и достоверной, а также что при представлении информации не нарушаются действующее законодательство Российской Федерации, законные права и интересы третьих лиц. Вы подтверждаете, что вся предоставленная информация заполнена Вами в отношении себя лично.
Настоящее согласие действует в течение всего периода хранения персональных данных, если иное не предусмотрено законодательством Российской Федерации.
