Forskare från DTU Biosustain och DTU Bioengineering har klarlagt aktiviteten hos enzymet N-acetylgalaktosaminidas (GH109) vars aktivitetsmekanism hittills har varit ett mysterium. Detta enzym kan omvandla en grupp av låg kostnad, rikligt med så kallade betasocker till högt värde, svårtillverkade alfasocker med intressanta terapeutiska egenskaper.

Detta nya arbete om detta enzyms kemi och katalytiska aktivitet öppnar möjligheter för ett brett spektrum av tillämpningar och har nu publicerats i den berömda tidskriften ACS-katalys .

"Vi är mycket glada över att ha upptäckt hur denna mänskliga symbiont använder hittills okänd kemi för att livnära sig på mänskliga sockerarter. Nu när vi förstår kemin bakom detta verkningssätt, vi kan ändra enzymet för att göra värdefulla sockerarter, " säger David Teze, tillfällig gruppledare för Enzyme Engineering vid Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability (DTU Biosustain) och första författare till denna publikation.

Bakterie med anti-cancer egenskaper

GH109 finns i den mänskliga tarmbakterien Akkermansia muciniphila, där det bryter ned sockerarter i slem som finns i tarmen. När GH109 bryter ned sockerarterna i slemmet, det gör dem till så kallade alfa-GalNAc-socker, som den livnär sig på.

Biotekniskt, GH109 skulle kunna tillåta alfa-GalNAc till andra föreningar. Detta är särskilt relevant, eftersom alfa-GalNAc är den "svåra att göra" delen av en av de vanligaste cancerantigener, nämligen Thomsen-Friedenreich-antigenet (Galβ1-3GalNAcal). Således, alfa-GalNAc sockerarter skulle potentiellt kunna formuleras för cancervacciner.

"Alfa-GalNAc innehållande sockerarter kan vara skyddande mot cancer, men det är svårt att syntetisera tillräckligt med dem för vacciner. Men nu, vi kanske kan optimera ett enzym för att producera dem biotekniskt, " säger Teze.

Dessa sockerarter har också hälsofrämjande egenskaper genom att fungera som potenta prebiotika (mat för probiotiska bakterier), och andra studier tyder också på att de har antiinflammatoriska egenskaper. Men alfa-GalNAc-socker är svåra att göra kemiskt. Det är därför biologisk produktion är mycket intressant och, därav, funktionen hos GH109 blir mycket intressant.

Med hjälp av bioinformatik, mutationsanalys, strukturanalys, beräkningsmodellering såväl som kristallografistudier - de senare utförs i en av världens mest kraftfulla röntgenanläggningar, MaxIV, i Lund, Sverige – forskarna avslöjade en intressant egenskap hos GH109. Den aktiva sidan, det är där enzymaktiviteten äger rum, kunde faktiskt hantera två typer av ingående molekyler (alfa- och betaglykaner). Enzymet gör detta genom att ha en flexibel "arm" som placerar rätt input på det aktiva stället.

På grund av denna uppenbarelse, forskarna har en tydligare idé om hur man kan optimera detta enzym, öppnar en möjlighet i stor skala, grön produktion av α-GalNAcs i framtiden.