Die "Superkraft" der Blumen ebnet den Weg für neue medikamentöse Behandlungen!

Die Natur ist oft die perfekte Muse, und Wissenschaftler der Universität Bath haben die Blumenkraft genutzt, um ein neues Werkzeug zu entwickeln, das helfen wird, neue pharmazeutische Behandlungen umweltfreundlicher, sauberer und kostengünstiger herzustellen.

Medikamentöse Behandlungen binden oft an die Proteine, die an Krankheiten beteiligt sind, und blockieren ihre Aktivität, um Symptome zu lindern oder die Krankheit zu behandeln. Forscher des Fachbereichs Biowissenschaften der Universität Bath haben eine Methode entwickelt, um die Enden von Proteinen miteinander zu verbinden, wodurch sie stabiler werden und leichter in die Zellen eindringen können.

Peptide und Proteine

Herkömmliche kleine Moleküle, die in der Regel auf Medikamente abzielen, sind nicht geeignet, um Protein-Protein-Wechselwirkungen zu blockieren, so dass die pharmazeutische Industrie ihre Aufmerksamkeit auf die Verwendung kleiner Proteine, so genannter Peptide, gerichtet hat.

Peptide und Proteine funktionieren auf ähnliche Weise, aber sie sind nicht immer sehr gute Medikamente, weil ihre dreidimensionalen Strukturen zerbröckeln können, sie empfindlich gegenüber hohen Temperaturen sind und es schwierig sein kann, sie in die Körperzellen zu bekommen.

"Proteine und Peptide sind vielversprechende Arzneimittelkandidaten, aber eine große Hürde bei der Entwicklung neuer Therapeutika ist die Herstellung einer ausreichenden Menge, um die Patienten zu erreichen, ohne astronomische Kosten zu verursachen", sagt der wissenschaftliche Mitarbeiter Dr. Simon Tang.

Forscher haben einen Weg gefunden, dieses Problem zu überwinden; Proteine und Peptidstränge haben normalerweise einen Anfang und ein Ende, und indem sie diese losen Enden miteinander verknüpften, schufen sie sehr starre "zyklische" Proteine und Peptide, die eine bessere chemische und thermische Stabilität aufweisen und leichter in Zellen eindringen können.

Sie nahmen das OaAEP1-Enzym, das aus einer kleinen violetten Blume namens Oldenlandia affinis, die in den Tropen wächst, gewonnen wurde, modifizierten es, bevor sie es in Bakterienzellen übertrugen; mit Hilfe von Bakterienkulturen wurde ein Protein in Massenproduktion hergestellt und gleichzeitig die Enden in einem einzigen Schritt verbunden.

"Proteine und Peptide sind im Allgemeinen recht hitzeempfindlich, aber die Zyklisierung macht sie viel robuster", erklärt Professor Jody Mason. "Die Oldenlandia-Pflanze produziert zyklische Proteine natürlich als Teil eines Verteidigungsmechanismus, um Fressfeinde abzuschrecken. Wir haben uns diese Blumen-Superkraft zunutze gemacht, indem wir OaAEP1 modifiziert und mit der bestehenden bakteriellen Proteinproduktionstechnologie kombiniert haben, um ein wirklich leistungsfähiges Werkzeug zu schaffen, das der Arzneimittelforschung helfen wird."

Bakterien besetzt

Pflanzen tun dies auf natürliche Weise, aber es ist langsam und wenig ergiebig. Die Zyklisierung kann auf chemischem Wege erfolgen (durch Isolierung des Enzyms und Mischen mehrerer Reagenzien in einem Reagenzglas), erfordert aber mehrere Schritte und giftige chemische Lösungsmittel.

Die Verwendung eines bakteriellen Systems ist viel einfacher und billiger, erhöht den Durchsatz, verwendet biologisch nachhaltigere Reagenzien und erfordert weniger Schritte. Die Forscher demonstrierten ihren Ansatz, indem sie die bakterielle OaAEP1-Technologie auf das DHFR-Protein anwandten. Dabei stellten sie fest, dass die Verbindung der Kopf- und Schwanzenden sie resistenter gegenüber Temperaturänderungen macht, während die normale Funktion erhalten bleibt.

"Unser neues Verfahren überlässtden Bakterien die ganze Arbeit; das Ergebnis ist, dass es auch sauberer und umweltfreundlicher ist, und weil es weniger Schritte umfasst, ist es viel einfacher durchzuführen", sagt Tang. "Wir sind sehr gespannt auf die möglichen Anwendungen dieses Verfahrens, nicht nur für die pharmazeutische Industrie, sondern auch für andere Branchen wie Lebensmittel, Waschmittel, Biotechnologie und Bioenergieproduktion."

Quellenhinweis:
Simon Tang, T. M.; Mason. J. M.; Intracellular Application of an Asparaginyl Endopeptidase for Producing Recombinant Head-to-Tail Cyclic Proteins. JACS Au. (2023).