Direkte udvikling for at designe enzymer, der laver billeddannelsesmidler til medicinsk diagnose

Organiske molekyler indeholdende et fluoratom er meget udbredt i materialerne, landbrugskemiske og farmaceutiske industrier. Imidlertid, syntetisering af carbon-fluor-bindingen anvender typisk giftige metalkatalysatorer og kræver vandfrie betingelser og høje temperaturer. Nu har et internationalt team udviklet et mildere, mere effektiv enzymbaseret tilgang til at skabe denne binding.

Denne enzymatiske metode fungerer under vandige forhold og ved milde temperaturer og blev udviklet af et konsortium, der omfattede forskere fra A*STAR og andre institutioner. "Disse forhold er virkelig meget attraktive, "forklarer teammedlem Yee Hwee Lim fra A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences.

Holdet brugte et af de meget specifikke fluorinase-enzymer, der findes i naturen - FlA1. Disse enzymer katalyserer dannelsen af ​​en kulstof-fluorbinding i S-adenosylmethionin (SAM) ved hjælp af uorganisk fluorid via en substitutionsmekanisme.

Enzymet, mens det er fremragende til at katalysere fluoreringsreaktioner med dette naturlige molekyle, fungerede ikke godt på ikke-naturlige molekyler. I øvrigt, bestræbelser på at ændre enzymernes strukturer og, dermed, funktion havde været en kamp - indtil nu.

"Vi viste for første gang, at fluorinaseenzymet kan konstrueres, og at konstruktionen kan forbedre sin enzymatiske aktivitet, selv på ikke-naturlige molekyler, "Siger Lim.

Holdet brugte den etablerede teknik kendt som 'dirigeret evolution', som efterligner naturlig selektion for at udvikle enzymer, så de kan reagere godt med ikke-naturlige molekyler.

"Direktiv evolution er aldrig blevet anvendt med succes på dette enzym, indtil nu, " siger Lim. "Dette er et svært enzym at arbejde med, og vi stod over for en masse udfordringer, herunder problemer med produktnedbrydning."

Holdet brugte radiomærkning af 5'-chlor-5'-deoxyadenosin (5'-CIDA) til at vise deres evner. I denne to-trins reaktion, radiomærket 5'-CIDA konverteres til SAM, og derefter fluoreret til dannelse af 5'-fluor-5'-deoxyadenosin (5'-FDA). Dette mærket 5'-FDA-produkt kan potentielt bruges til en medicinsk diagnoseprocedure kendt som positronemissionstomografi (PET).

"Vi viser, at forbedring af et enzyms aktivitet tre gange kan åbne op for flere applikationer, " siger Lim. "De native enzymer er tidligere blevet brugt til at prøve at mærke PET-midler, men reaktionstiderne var lange, nogle gange timer. Ved hjælp af vores enzym kunne vi udføre reaktionen på 30 minutter, en mere rimelig tidslinje, da Fluor-18s halveringstid er mindre end to timer. "

Lims team undersøger nu, hvordan mutation af enzymets struktur ændrer dets interaktion med 5'-CIDA og SAM. "Jeg vil gerne engagere beregningsbiologer for bedre at forstå mere om de mutationer, vi har foretaget, og hvordan disse korrelerer med vores reaktioner."