Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания животных – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр животноводства – ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста»
В связи с появлением на мировом рынке трансгенных сельскохозяйственных животных (коз, коров), продуцирующих с молоком биологически активные белки человека, в том числе лактоферрин человека, активно обсуждаются вопросы по возможным направлениям развития этой области исследований и обеспечению безопасности применения получаемых продуктов. Как показывают многочисленные исследования, лактоферрин (человека и крупного рогатого скота, рекомбинантный и нативный), обладает большим терапевтическим потенциалом, который до настоящего времени практически не используется из-за дефицитности традиционного источника его получения (женское молоко в ранние сроки лактации) и низкого содержания в коровьем молоке. Цель данной работы – систематизация данных по физико-химическим свойствам и биологическим функциям лактоферина человека (чЛФ) и его рекомбинантных форм (рчЛФ), применяемых для диагностических и лечебных целей, а также оценка перспектив решения проблемы дефицита ЛФ на основе новых биотехнологий. С 1980 года предпринимались попытки получения рчЛФ с использованием генно-инженерных технологий; наиболее успешные из них – это клонирование гена чЛФ в эукариотическом микроорганизме Aspergilus (Agenix, США), создание трансгенного КРС (Pharming, Нидерланды) и трансгенных коз (совместный проект Союзного государства Россия-Белоруссия), продуцирующих молоко с чЛФ. Безопасность рчЛФ из молока трансгенных коров проверена в исследованиях на крысах. Хотя основной состав молока трансгенных и обычных коров практически не отличался, выявлены определённые различия по профилю гликозилирования рчЛФ молока трансгенных коров и чЛФ грудного молока. Получен битрансгенный КРС с одновременной экспрессией с молоком двух биологически активных белков человека – ЛФ и лизоцима. Из-за угрозы бешенства, в Европе есть ограничения на использование коровьего молока; козы не имеют общих с человеком заболеваний. Продолжение научно-исследовательских работ в лабораториях разных стран в мире приводит к совершенствованию технологий получения рчЛФ и открытию новых сфер применения его в био-медицинских технологиях. В связи с этим становится актуальным продолжение исследований по совместному проекту Беларуси и Российской Федерации с целью получения и использования форм рчЛФ фармакологического назначения.
1. Борзенкова Н.В., Балабушевич Н.Г., Ларионова Н.И. Лактоферрин: физико-химические свойства. Биологические функции, системы доставки, лекарственные препараты и биологически активные добавки (обзор) // Биофармацевтический журнал. – 2010. – Т. 2. – № 3. – С. 3-19.
2. Боровик Т.Э., Яцык Г.В., Намазова-Баранова Л.С., Звонкова Н.Г., Семёнова Н.Н., Лукоянова О.Л., Садчиков П.Е., Гольдман И.Л., Садчикова Е.Р., Беляева И.А., Бушуева Т.В.Возможности использования лактоферрина человека в педиатрической практике // Вопросы современной педиатрии. – 2014. – Т. 13. – № 4. – С. 12-19.
3. Будевич А. Перспективы рекомбинантного лактоферрина человека, получаемого из молока коз-продуцентов // Наука и инновации. – 2016. – № 6. – С. 29-32.
4. Гудок А.А., Дейкин А.В. Лактоферрин - перспективы использования и анализ имеющихся результа-тов. // Russian Scientist. – 2017. – Т. 1. – № 1. – С. 3-12.
5. Канышкова Т.Г., Бунева В.Н., Невинский Г.А. Лактоферрин и его биологические функции // Биохимия. – 2001. –Т. 66. – № 1. – С. 5-13.
6. Кобляков А.В., Антошина Е.Е., Горькова Т.Г., Гольдман И.Л., Труханова Л.С., Садчикова Е.Р. Тормозящее действие лактоферрина человека (неолактоферрина) на рост перевиваемой опухоли шейки матки мышей // Вопросы онкологии. – 2012. – Т. 58. – № 5. – С. 668-673.
7. Макеева И.М., Смирнова Т.Н., Черноусов А.Л., Романченко А.И., Гольдман И.Л., Садчикова Е.Р. Применение лактоферрина в комплексном лечении стоматологических заболеваний (обзор) // Стоматология. – 2012. – Т. 91. – № 4. – С. 66-71.
8. Орёл Н.М. Эффективность использования рекомбинантного лактоферрина для коррекции биохимических нарушений у крыс в моделях доксициклинового холестаза и аллоксанового диабета // Журн. Белорус. гос. ун-та. Биология. – 2017. – № 2. – С. 72-79.
9. Рудниченко Ю. А., Лукашевич В. С.; Залуцкий И. В., Коррекция рекомбинантным лактоферрином человека гормонально-метаболических сдвигов возрастного гипогонадизма у крыс-самцов. // Биомедицина. – 2017. – № 1. – С. 52-62.
10. Садчиков П.Е., Гольдман И.Л., Намазова-Баранова Л.С., Яцык Г.В., Боровик Т.Э., Черноусов А.Д., Романченко А.И., Садчикова Е.Р., Лукоянова О.Л., Звонкова Н.Г., Беляева И.А. Лактоферрин в проблеме противоинфекционной защиты детей первого года жизни // Педиатрическая фармакология. –2016а. – Т. 13. – № 6. – С. 607-613. doi: 10.15690/pf.v13i6.1677
11. Садчиков П.Е., Гольдман И.Л., Намазова-Баранова Л.С., Яцык Г.В., Боровик Т.Э., Черноусов А.Д., Романченко А.И., Садчикова Е.Р., Лукоянова О.Л., Звонкова Н.Г., Беляева И.А. Молекулярный механизм влияния лактоферрина на костеобразование. Критический обзор // Остеопороз и остеопатии. – 2016б. – № 3. – С. 12-22.
12. Царев В.Н., Гольдман И.Л., Садчикова Е.Р., Ипполитов Е.В., Подпорин М.С. Оценка влияния рекомбинантного лактоферрина человека на характеристики кривых роста бактериальных популяций патогенов // Национальные приоритеты России. – 2016. – Т. 20. – № 2. – С.130-133.
13. Черноусов А.Д., Никонова М.Ф., Шарова Н.И., Митин А.Н., Литвина М.М., Садчиков П.Е., Гольдман И.Л., Ярилин А.А., Садчикова Е.Р. Неолактоферрин как стимулятор врожденного и адаптивного иммунитета // Acta naturae. – 2013. – Т.5. – № 4. – С. 78-84.
14. Чиссов В.И., Якубовская Р.И., Немцова Е.Р., Бойко А.В., Сергеева Т.В., Осипова Н.А. Антибакте-риальный, антиоксидантный, иммуномодулирующий и антиканцерогенный препарат и способ его применения: патент РФ 2165769. – 2001.
15. Шейко Я.И., Балашенко Н.А., Квитко О.В., Конева И.И., Дромашко С.Е. Долговременная видеомикроскопия живых клеток in vitro: возможности и перспективы // Вiсн. Укр. тов-ва генетикiв i селекцiонерiв. – 2016. – Т. 14. – № 1. – С. 79-91.
16. Adlerova L., Bartoskova A., Faldyna M.. Lactoferrin: a review // Veterinarni Medicina. – 2008. – Vol. 5. – No. 9. – Р. 457-468.
17. Anand N., Kanwar R.K, Sehga R., Kanwar J.R. Antiparasitic and immunomodulatory potential of oral nanocapsules encapsulated lactoferrin protein against Plasmodium berghei // Nanomedicine (Lond.). – 2016. – Vol. 11. – No. 1. – P. 47-62.
18. Appel M.J, van Veen H.A., Vietsch H., Salaheddine M., Nuijens J.H., Ziere B., de Loos F. Sub-chronic (13-week) oral toxicity study in rats with recombinant human lactoferrin produced in the milk of transgenic cows // Food Chem. Toxicol. – 2006. – Vol. 44. – No.7. – P. 964-973.
19. Arcella A., Oliva M.A., Staffieri S., Alberti S., Grillea G., Madonna M., Bartolo M., Pavone L., Giangaspero F., Cantore G., and Frati A. In vitro and in vivo effect of human lactoferrin on glioblastoma growth // J. Neurosurg. – 2015. – Vol. 123. – P. 1026-1035.
20. Arias M., McDonald L.J., Haney E.F., Nazmi K., Bolscher J.G., Vogel H.J. Bovine and human lactoferricin peptides: chimeras and new cyclic analogs // Biometals. – 2014. – Vol. 27. – No. 5. – P. 935-948. doi: 10.1007/s10534-014-9753-4
21. Baker E.N., Baker H.M. A structural framework for understanding the multifunctional character of lactoferrin // Biochimie. – 2009. – Vol. 91. – P. 3-10.
22. van Berkel P.H.C., Welling M.M., Geerts M., van Veen H.A., Ravensbergen B., Salaheddine M. et al. Large scale production of recombinant human lactoferrin in the milk of transgenic cows // Nat. Biotechnol. – 2002. – Vol. 20. – P. 484-487.
23. Bruni N., Capucchio M.T., Biasibetti E., Pessione E., Cirrincione S., Giraudo L., Corona A., Dosio F. Antimicrobial activity of lactoferrin-related peptides and applications in human and veterinary // Medicine Molecules. – 2016. – Vol. 21. – No. 6. – P. 752. doi:10.3390/molecules21060752
24. Chahardoli M., Fazeli A., Ghabooli M. Recombinant production of bovine lactoferrin-derived antimicrobial peptide in tobacco hairy roots expression system // Plant. Physiol. Biochem. – 2018. – Vol. 123. – P. 414-421. doi: 10.1016/j.plaphy.2017.12.037.
25. Chea C., Miyauchi M., Inubushi T., Febriyanti A.N., Subarnbhesaj A., Nguyen P.T., Shrestha M., Haing S., Ohta K., Takata T.. Molecular mechanism of inhibitory effects of bovine lactoferrin on the growth of oral squamous cell carcinoma // PLoS ONE. – 2018. – Vol. 13. – No. 1. – e0191683.
26. Chen H.Y., Mollstedt O., Tsai M.H., Kreider R.B. Potential clinical applications of multi-functional milk proteins and peptides in cancer management // Curr. Med. Chem. – 2014. – Vol. 21. – No. 21. – P. 2424-2437.
27. Cooper C.A., Nelson K.M., Maga E.A., Murray J.D. Consumption of transgenic cows' milk containing human lactoferrin results in beneficial changes in the gastrointestinal tract and systemic health of young pigs // Transgenic Res. – 2013. – Vol. 22. – No. 3. – P. 571-578. doi: 10.1007/s11248-012-9662-7.
28. Cooper C.A., Maga E.A., Murray J.D. Production of human lactoferrin and lysozyme in the milk of transgenic dairy animals: past, present, and future // Transgenic Res. – 2015. – Vol. 24. – No. 4. – P. 605-614. doi: 10.1007/s11248-015-9885-5
29. Cui C., Song Y., Liu J., Ge H., Li Q., Huang H., Hu L., Zhu H., Jin Y., Zhang Y. Gene targeting by TALEN-induced homologous recombination in goats directs production of β- lactoglobulin-free, high-human lactoferrin milk // Scientific reports. – 2015. – Vol. 5. – No. 10482. doi:10.1038/srep10482
30. Donovan S.M. The role of lactoferrin in gastrointestinal and immune development and function: a preclinical perspective // J. Pediatr. – 2016. – Vol. 173. – P. 16-28. doi: 10.1016/j.jpeds.2016.02.072
31. Drago-Serrano M.E., Campos-Rodriguez R., Carrero J.C., de la Garza M. Lactoferrin and peptide-derivatives: antimicrobial agents with potential use in nonspecific immunity modulation // Curr. Pharm. Des. – 2018. – Vol. 24. – No.10. – P. 1067-1078. doi: 10.2174/1381612824666180327155929
32. Fernandes K.E., Carter D.A. The antifungal activity of lactoferrin and its derived peptides: mechanisms of action and synergy with drugs against fungal pathogens // Front. Microbiol. – 2017. – Vol. 8. – No. 2. doi: 10.3389/fmicb.2017.00002
33. García-Montoya I.A., Cendón T.S., Arévalo-Gallegos S., Rascón-Cruz Q. Lactoferrin a multiple bioactive protein: An overview // Biochimica et Biophysica Acta. – 2012. – Vol. 1820. – No. 3. – P. 226-236.
34. Giansanti F., Panella G., Leboffe L., Antonini G. Lactoferrin from milk: nutraceutical and pharmacological properties // Pharmaceuticals. – 2016. – Vol. 9. – No. 4. – P. – 61. doi:10.3390/ph9040061
35. Giansanti F., Panella G., Arienzo A., Leboffe L., Antonini G. Nutraceutical peptides from lactoferrin // J. Adv. Dairy Res. – 2018. – Vol. 6. – No. 1. –P. 199. doi: 10.4172/2329-888X.1000199
36. Goldman I., Deikin A., Sadchikova E. Human lactoferrin can be alternative to antibiotics // In: Proceedings of the world medical conference. — WSEAS Press Malta, 2010. – P. 27-38.
37. Goldman I.L., Georgieva S.G., Gurskiy Ya.G., Krasnov А.N., Deykin А.V., Popov A.N., Ermolkevich T.G., Budzevich A.I., Chernousov A.D., Sadchikova Е.R. Production of human lactoferrin in animal milk // Biochemistry and Cell Biology. – 2012. – Vol. 90. – No. 3. – P. 513-519. doi: 10.1139/o11-088
38. Gonzalez-Chavez S. A., Arevalo-Gallegos S., and Rascon-Cruz Q. Lactoferrin: Structure, function and applications // Int. J. Antimicrob. Agents. – 2009. – Vol. 33. – No. 3.
39. Hyvönen P., Suojala L., Haaranen J., von Wright A., Pyörälä S. Human and bovine lactoferrins in the milk of recombinant human lactoferrin-transgenic dairy cows during lactation // Biotechnol. J. – 2006. – Vol.1. – No. 4. – P. 410-412.
40. Hu W., Zhao J., Wang J., Yu T., Wang J., Li N. Transgenic milk containing recombinant human lactoferrin modulates the intestinal flora in piglets // Biochem. Cell Biol. – 2012. – Vol. 90. – P. 485-496.
41. Hu L., Gao C.H., Hong C., Zhong Q., Dong H.L., Gao X.M. Expression, purification, and breast cancer cell inhibiting effect of recombinant human lactoferrin C-lobe // Biosci. Biotechnol. Biochem. – 2016. – Vol. 80. – No. 2. – P. 257-263. doi: 10.1080/09168451.2015.1088376
42. Kaiser G.G., Mucci N.C., González V., Sánchez L., Parrón J.A., Pérez M.D., Calvo M., Aller J.F., Hozbor F.A., Mutto A.A. Detection of recombinant human lactoferrin and lysozyme produced in a bitransgenic cow // J. Dairy. Sci. – 2017. – Vol. 100. – No. 3. – P. 1605-1617. doi: 10.3168/jds.2016-11173
43. Kang J.F., Li X.L., Zhou R.Y., Li L.-H., Feng F.-J., Guo X.-L. Bioinformatics analysis of lactoferrin gene for several species // Biochemical Genetics. – 2008. – Vol. 46. – No. 5-6. – 312-322.
44. Kanwar J.R., Palmano K.P., Sun X., Kanwar R.K., Gupta R., Haggarty N., Rowan A., Ram S., Krissansen G.W. 'Iron-saturated' lactoferrin is a potent natural adjuvant for augmenting cancer chemotherapy // Immunol. Cell Boil. – 2008. – Vol. 86. – P. 277-288.
45. Kanwar J.R., Samarasinghe R.M., Sehgal R., Kanwar R.K. Nano-lactoferrin in diagnostic, imaging and targeted delivery for cancer and infectious diseases // J. Cancer Sci. Ther. – 2012. – Vol. 4. – P. 31-42. doi:10.4172/1948-5956.1000107
46. Kanyshkova T.G., Babina S.E., Semenov D.V., Isaeva N., Vlassov A.V., Neustroev K.N., Kul'minskaya A.A., Buneva V.N., Nevinsky G.A. Multiple enzymic activities of human milk lactoferrin // Eur. J. Biochem. – 2003. – Vol. 270. – P. 3353-3361.
47. Leboffe L., Giansanti F., Antonini G. Antifungal and antiparasitic activities of lactoferrin // Anti-infect. agents med. chem. – 2009. – Vol. 8. – P. 114-127.
48. Legrand D., Elass E., Carpentier M., Mazurier J. Lactoferrin: A modulator of immune and inflammatory responses // Cell. Mol. Life Sci. – 2005. – Vol. 62. – P. 2549-2559.
49. Legrand D., Pierce A., Elass E., Carpentier M., Mariller C., Mazurier J. Lactoferrin structure and functions // Adv. Exp. Med. Biol. – 2008. – Vol. 606. – P. 163-194.
50. Legrand D., Mazurier J. A critical review of the roles of host lactoferrin in immunity // Biometals. – 2010. – Vol. 23. – P. 365-376.
51. Li Q., Hu W., Zhao J., Wang J., Dai Y., Zhao Y., Meng Q., Li N. Supplementation transgenic cow's milk containing recombinant human lactoferrin enhances systematic and intestinal immune responses in piglets // Mol. Biol. Rep. – 2014. – Vol. 41. – No. 4. – P. 119-128. doi: 10.1007/s11033-014-3061-5
52. Li Q., Zhao J., Hu W., Wang J., Yu T., Dai Y., Li N. Effects of recombinant human lactoferrin on osteoblast growth and bone status in piglets // Anim. Biotechnol. – 2018. – Vol. 3. – No. 2. – P. 90-99. doi: 10.1080/10495398.2017.1313269.
53. Lizzi A.R., Carnicelli V., Clarkson M.M., Di Giulio A., Oratore A. Lactoferrin derived peptides: mechanisms of action and their perspectives as antimicrobial and antitumoral agents // Medicinal Chemistry . – 2009. – Vol. 9. – P. 687-695.
54. Mayeur S., Spahis S., Pouliot Y., Levy E. Lactoferrin, a pleiotropic protein in health and disease // Antioxid. Redox Signal. – 2016. – Vol. 24. – P. 813-836. doi: 10.1089/ars.2015.6458
55. Onishi J., Roy M.K., Juneja L.R., Watanabe Y., Tamai Y. A lactoferrin-derived peptide with cationic residues concentrated in a region of its helical structure induces necrotic cell death in a leukemic cell line (HL-60) // J. Pept. Sci. – 2008. – Vol. 14. – P. 1032-1038.
56. Parc A.L., Karav S., Rouquie Â. C., Maga E.A., Bunyatratchata A., Barile D. Characterization of recombinant human lactoferrin N-glycans expressed in the milk of transgenic cows // PloS ONE. – 2017. – Vol. 12. – No. 2. – e0171477. doi: 10.1371/journal. pone.0171477
57. Rodrigues L., Teixeira J., Schmitt F., Paulsson M., Månsson H.L. Lactoferrin and cancer disease prevention // Critical reviews in food science and nutrition. – 2009. – Vol. 49. – P. 203-217. doi: 10.1080/10408390701856157.
58. Rusciano D., Pezzino S., Olivieri M., Cristaldi M., Gagliano C., Lupo G., Anfuso C.D. Age-related dry eye lactoferrin and lactobionic acid // Ophthalmic Res. – 2018. – Vol. 60. – P. 94-99.
59. Seyfert H.M., Tuckoricz A., Interthal H., Koczan D., Hobom G. Structure of the bovine lactoferrin-encoding gene and its promoter // Gene. – 1994. – Vol. 143. – No. 2. – P. 265-269.
60. Silva T., Magalhães B., Maia S., Gomes P., Nazmi K., Bolscher J.G. M., Rodrigues P.N., Bastos M., Gomesa M.S. Killing of Mycobacterium avium by lactoferricin peptides: improved activity of arginine- and d-amino-acid-containing molecules // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. – 2014. – Vol. 58. – No. 6. – P. 3461-3467.
61. Simojoki H., Hyvönen P., Orro T., Pyörälä S. High concentration of human lactoferrin in milk of rhLf-transgenic cows relieves signs of bovine experimental Staphylococcus chromogenes intramammary infection // Vet. Immunol. Immunopathol. – 2010. – Vol. 15. – No. 136. – P. 265-271. doi: 10.1016/j.vetimm.2010.03.017.
62. Tomita M., Wakabayashi H., Shin K., Yamauchi K., Yaeshima T., Iwatsuki K. Twenty-five years of research on bovine lactoferrin applications // Biochimie. – 2008. – Vol. 91. – No. 1. – P. 52-57. doi: 10.1016/ j.biochi.2008.05.021
63. Valenti P., Rosa L., Capobianco D., Lepanto M.S., Schiavi E., Cutone A., Paesano R., Mastromarino P. Role of lactobacilli and lactoferrin in the mucosal cervicovaginal defense // Front. Immunol. – 2018. – Vol. 9. – P. 376. doi: 10.3389/fimmu.2018.00376
64. van Veen H.A., Geerts M.E., van Berkel P.H., Nuijens J.H. The role of N-linked glycosylation in the protection of human and bovine lactoferrin against tryptic proteolysis // Eur. J. Biochem. – 2004. – Vol. 271. – No. 4. – P. 678-684. doi: 10.1111/j.1432-1033.2003.03965.x
65. Velusamy S.K., Fine D.H., Velliyagounder K. Prophylactic effect of human lactoferrin against Streptococcus mutans bacteremia in lactoferrin knockout mice // Microbes Infect. – 2014. – Vol. 16. – No. 9. – P. 762-767. doi: 10.1016/j.micinf.2014.07.009
66. Wakabayashi H., Uchida K., Yamauchi K., Teraguchi S., Hayasawa H., Yamaguchi H. Lactoferrin given in food facilitates dermatophytosis cure in guinea pig models // J. Antimicrob. Chemother. – 2000. – Vol. 46. – No. 4. – P. 595-602.
67. Wang M., Sun Z., Yu T., Ding F., Li L., Wang X., Fu M., Wang H., Huang J., Li N. & Dai Y. Large-scale production of recombinant human lactoferrin from high-expression, marker-free transgenic cloned cows // Scientific Reports. – 2017. – Vol. 7. – No.1. – P. 10733. doi:10.1038/s41598-017-11462-z
68. Whitelaw C.B.A., Joshi A., Kumar S., Lillico S.G., Proudfoot C. Genetically engineering milk // J. Dairy Res. – 2016. – Vol. 83. – No. 1. – P. 3-11. doi:10.1017/s0022029916000017
69. Wolf J.S., Li G., Varadhachary A., Petrak K., Schneyer M., Li D., Ongkasuwan J., Zhang X., Taylor R.J., Strome S.E., O'Malley B.W.Jr. Oral lactoferrin results in T cell-dependent tumor inhibition of head and neck squamous cell carcinoma in vivo // Clin. Cancer Res. – 2007. – Vol. 13. – No. 5. – P. 1601-1610.
70. Zhu H., Liu J., Cui C., Song Y., Ge H., Hu L., Li Q., Jin Y., Zhang Y. Targeting human α-lactalbumin gene insertion into the goat β-lactoglobulin locus by talen-mediated homologous recombination // PLoS ONE. – 2016. – Vol. 11. – No. 6. – e0156636. doi:10.1371/journal. pone.0156636