Wissenschaftler der University of Bath haben ein neues, von der Natur inspiriertes Tool entwickelt, das Forschern dabei helfen soll, neue Arzneimittelbehandlungen auf sauberere, umweltfreundlichere und kostengünstigere Weise zu entwickeln. Medikamentöse Behandlungen wirken oft dadurch, dass sie an Proteine binden, die bei der Krankheit eine Rolle spielen, und dadurch deren Funktion hemmen. Dieses Verfahren kann Symptome lindern oder die Krankheit direkt behandeln.
Herkömmliche Medikamente mit kleinen Molekülen haben oft Schwierigkeiten, die Wechselwirkungen zwischen Proteinen zu stören, und die Pharmaindustrie erforscht die Verwendung kleiner Proteine, sogenannter „Peptide“. Diese Peptide wirken auf ähnliche Weise und bieten eine potenziell wirksamere Möglichkeit, diese Wechselwirkungen zu blockieren.
Allerdings eignen sich Peptide und Proteine oft nicht für gute Medikamente, da sich ihre dreidimensionalen Strukturen auflösen können, sie empfindlich auf hohe Temperaturen reagieren und Schwierigkeiten haben, in menschliche Zellen einzudringen, wo es viele spannende, aber herausfordernde Angriffspunkte für Medikamente gibt.
Jetzt haben Wissenschaftler der Universität Bath einen Weg gefunden, dieses Problem zu umgehen: Normalerweise haben Proteine und Peptidketten einen Start- und einen Endpunkt – durch die Verbindung dieser losen Enden ist es möglich, sehr steife „ringartige“ Proteine und Peptidketten zu erzeugen, was die Hitzebeständigkeit und chemische Stabilität verbessert und es ihnen ermöglicht, leichter in Zellen einzudringen.
Sie extrahierten ein Enzym namens OaAEP1 aus Oldenlandia affinis, einer kleinen violetten Blume, die in den Tropen wächst, veränderten es und übertrugen es dann in Bakterienzellen. Diese Bakterienkulturen können während ihres Wachstums große Mengen an Protein produzieren und dabei die beiden Enden in nur einem Schritt verbinden.
Pflanzen können diesen Prozess auf natürliche Weise abschließen, er ist jedoch langsam und führt zu geringen Erträgen. Alternativ kann die Zyklisierung auch chemisch erfolgen, indem das Enzym isoliert und mehrere Reagenzien in einem Reagenzglas gemischt werden. Dies erfordert jedoch mehrere Schritte und verwendet giftige chemische Lösungsmittel. Die Einbindung des gesamten Prozesses in ein Bakteriensystem erhöht die Erträge, verwendet nachhaltigere, biofreundlichere Reagenzien und erfordert weniger Schritte. Daher ist diese Methode einfacher und kostengünstiger.
Um diesen Ansatz zu demonstrieren, wandten die Wissenschaftler die bakterielle OaAEP1-Technologie auf ein Protein namens DHFR an und stellten fest, dass die Verbindung von Kopf- und Schwanzende es widerstandsfähiger gegen Temperaturschwankungen macht und gleichzeitig die normale Funktionalität beibehält.
Professor Jody Mason vom Department of Life Sciences der University of Bath sagte: „Proteine und Peptide reagieren oft sehr empfindlich auf Hitze, aber die Zyklisierung macht sie stärker. Aldenlander-Pflanzen bilden auf natürliche Weise ringförmige Proteine als Teil eines Abwehrmechanismus, um Raubtiere abzuschrecken. Deshalb haben wir die Superkräfte dieser Blume genutzt, indem wir OaAEP1 entwickelt und mit bestehender bakterieller Proteinproduktionstechnologie kombiniert haben, um ein sehr leistungsfähiges Werkzeug zu schaffen, das der Arzneimittelforschungsindustrie helfen wird.“
Dr. Simon Tang, assoziierter Forscher am Department of Life Sciences der University of Bath, sagte: „Proteine und Peptide sind sehr vielversprechende Arzneimittelkandidaten, aber ein wichtiger Engpass bei der Entwicklung neuer Behandlungen besteht darin, genügend Proteine und Peptide für die Verwendung durch Patienten zu produzieren, ohne dass astronomische Kosten entstehen andere Branchen wie die Lebensmittelindustrie, die Waschmittelindustrie, die Biotechnologie und die Bioenergieproduktion.“