Forskare vid University of Bath har använt naturen som inspiration för att utveckla ett nytt verktyg som hjälper forskare att utveckla nya läkemedelsbehandlingar på ett renare, grönare och billigare sätt.
Läkemedelsbehandlingar fungerar ofta genom att binda till proteiner som är involverade i sjukdomar och blockera deras aktivitet, vilket antingen minskar symtomen eller behandlar sjukdomen.
Istället för att använda konventionella små molekyler som läkemedel, som inte är väl lämpade för att blockera interaktioner mellan proteiner, undersöker läkemedelsindustrin nu potentialen för att tillverka läkemedel med små proteiner som kallas "peptider", som fungerar på liknande sätt.
Men peptider och proteiner gör ofta inte särskilt bra läkemedel eftersom deras 3D-strukturer kan rivas upp, de är känsliga för höga temperaturer och kan vara svåra att få in i kroppens celler, där många spännande men utmanande läkemedelsmål finns.
Nu har forskare vid University of Bath utvecklat ett sätt att komma runt detta problem; normalt har proteiner och peptidsträngar en början och ett slut - genom att sammanfoga dessa lösa ändar är det möjligt att skapa mycket stela "cykliska" proteiner och peptider som förbättrar värme och kemisk stabilitet samt gör det lättare att få in dem i cellerna .
De tog ett enzym som heter OaAEP1 från Oldenlandia affinis, en liten lila blomma som växer i tropikerna, och modifierade den innan den överfördes till bakterieceller. Dessa bakteriekulturer odlades för att massproducera ett protein samtidigt som ändarna sammanfogades i ett enda steg.
Växter kan göra denna process naturligt, men den är långsam och ger låg avkastning. Alternativt kan cyklisering göras kemiskt genom att isolera enzymet och sedan blanda flera reagenser i ett provrör, men detta kräver flera steg och använder giftiga lösningsmedelskemikalier.
Att lägga hela processen i ett bakteriesystem ökar utbytet, använder mer hållbara, biologiskt vänliga reagenser och kräver färre steg. Det är därför mycket enklare och billigare.
För att demonstrera tillvägagångssättet använde forskarna sin bakteriella OaAEP1-teknologi på ett protein som heter DHFR, och fann att sammanfogning av dess huvud- och svansändar gjorde det mer motståndskraftigt mot temperaturförändringar samtidigt som det bibehöll sin normala funktion.
Professor Jody Mason, från University of Baths institution för livsvetenskaper, sa:"Proteiner och peptider är i allmänhet ganska känsliga för värme, men cyklisering gör dem mycket mer robusta."
"Oldenlandia-växten tillverkar naturligt cykliska proteiner som en del av en försvarsmekanism för att avskräcka rovdjur."
"Så vi har utnyttjat denna blommas superkraft genom att modifiera OaAEP1 och kombinera den med befintlig bakteriell proteinproducerande teknik för att skapa ett riktigt kraftfullt verktyg som kommer att hjälpa läkemedelsindustrin."
Dr Simon Tang, en forskarassistent från University of Baths institution för livsvetenskaper, sa:"Proteiner och peptider är mycket lovande som läkemedelskandidater, men en betydande flaskhals för utvecklingen av nya terapeutiska behandlingar är att producera tillräckligt med ämnen för att nå patienter utan att ådra sig en astronomisk kostnad."
"Vår nya process låter bakterierna göra allt arbete - resultatet är att det också är renare och grönare, och eftersom det har färre steg är det mycket enklare att göra."
"Vi är verkligen glada över de potentiella tillämpningarna av detta, inte bara för läkemedelsindustrin utan andra industrier som livsmedelsindustrin, tvättmedelsindustrin, inom bioteknik och inom bioenergiproduktion."
Forskarna har ansökt om patent på tekniken och publicerat sitt arbete i tidskriften JACS Au .
Mer information: T. M. Simon Tang et al, Intracellulär tillämpning av ett asparaginylendopeptidas för att producera rekombinanta huvud-till-svans cykliska proteiner, JACS Au (2023). DOI:10.1021/jacsau.3c00591
Tillhandahålls av University of Bath
