Ett kraftfullt nytt sätt att analysera hur läkemedel interagerar med molekyler i kroppen kan hjälpa till att utforma bättre behandlingar med färre biverkningar.

De flesta läkemedel fungerar genom att binda till en liten plats på de stora proteiner de riktar sig mot, får proteinet att ändra form och så även dess aktivitet.

För att hitta läkemedel som verkar specifikt mot ett protein utan att också binda till andra som liknar – och därmed orsaka biverkningar – är det viktigt att förstå detta bindningsställe i detalj. Många nuvarande tekniker kan bara ge partiell information, ge detaljer om vilka delar av själva läkemedlet som är viktiga och, i vissa fall, proteinets övergripande struktur.

Forskare vid University of East Anglia har nu utvecklat ett nytt tillvägagångssätt som kan avslöja den andra sidan av pusslet – vilka delar av proteinet som interagerar med läkemedlet. Den anpassar en teknik som kallas ligandbaserad kärnmagnetisk resonansspektroskopi (NMR) för att avslöja vilka aminosyror i proteinet som är involverade i bindningen till läkemedlet.

De kunde göra detta genom att undersöka läkemedlet och utan att behöva märka proteinet, som krävs i vissa andra metoder.

"Att designa nya droger är lite som att hitta den rätta biten som passar in i ett pussel, sa Dr Jesus Angulo, en universitetslektor vid UEA:s farmaceutiska högskola, som ledde forskningen. "Det är inte bara formen utan också det grafiska innehållet på verket som måste matcha den omgivande bilden.

"Vår nya tillvägagångssätt gör att vi nu kan hitta den exakta biten som matchar den kompletterande formen och det grafiska innehållet i en proteinbindningsplats."

Den nya NMR-tekniken, som kallas DEEP-STD NMR, beskrivs i journalen Angewandte Chemie .

Den är baserad på en befintlig NMR-teknik som används för att studera interaktioner mellan läkemedel och proteiner som kallas STD-NMR. Detta fungerar genom att excitera alla aminosyrorna i ett protein genom att bestråla dem.

Det är sedan möjligt att leta efter var detta upphetsade tillstånd överförs till kemiska platser på läkemedlet när det binder till det. Detta tillvägagångssätt liknar att täcka proteinet med färg och sedan trycka läkemedlet mot det för att se vilka delar som blir färgade.

Men Dr Angulo och hans kollegor, vars arbete finansierades av BBSRC, fann att det är möjligt att bestråla proteinet med olika frekvenser för att excitera olika typer av aminosyror.

Detta gjorde det möjligt för dem att plocka bort vilka aminosyror i proteinets bindningsställe som är direkt i kontakt med läkemedlet från de "färgmärken" de lämnar efter sig.

Det betyder att de bara behöver titta på läkemedlet för att räkna ut de viktiga delarna av proteinet som riktas in. De kunde få ytterligare information om de inblandade aminosyrorna genom att använda en kombination av deuteriumoxid, eller tungt vatten, och vanligt vatten som lösningsmedel.

Laget, som inkluderade forskare vid Quadram Institute i Norwich, demonstrerade sin metod på två välstuderade proteiner-ett enzym som kallas intramolekylärt transsialidas, som produceras av en bakterie som finns i människans tarm, och en underenhet av koleratoxinet.

Dr Angulo sa:"Vår nya metod ger forskare ett kraftfullt verktyg för att indirekt förstå arkitekturen hos den proteinbindande fickan.

"Detta gör att de kan avgöra vilka som är de bästa kemiska kraven för att ett läkemedel ska interagera specifikt med en given proteinreceptor. Detta kan leda till starkare och mer selektiva läkemedelskandidater, medan lägre mängder skulle behövas för att utlösa den önskade effekten."