Varmeresistente enzymer kunne producere mere omkostningseffektive lægemidler

En ny undersøgelse offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences kunne ændre den måde, forskerne ser på et af de mest essentielle enzymer i medicin i håb om at designe bedre og mere omkostningseffektive lægemidler i fremtiden.

Enzymer er molekyler, der fremskynder kemiske reaktioner inde i celler. Den menneskelige krop er hjemsted for tusindvis af enzymer, der udfører vitale funktioner såsom fordøjelse af fedt og nedbrydning af sukker til glukose.

Papiret, medforfatter af UT Biochemistry and Cellular and Molecular Biology Lektor Nitin Jain og studerende Sara Lemmonds, som siden er færdiguddannet, ser nøje på Cytochrome P450, et enzym, der forekommer naturligt i kroppen og andre miljøer. Dette enzym er afgørende for metabolisering af over 90 procent af alle farmaceutiske lægemidler.

Når et lægemiddel indgives, det bruges normalt ikke helt af kroppen, og det resterende overskud kan blive giftigt. "Det er P450's opgave at binde med det resterende lægemiddel i leveren for at sikre, at det udskilles sikkert, " forklarede Lemmonds.

Forskere ved, at P450 har en anden bemærkelsesværdig egenskab:den kan forblive stabil under meget høj varme. Det samme enzym er blevet fundet i bakterier i varme kilder og vulkanske aflejringer og er blevet observeret at fungere normalt på trods af ekstreme temperaturer.

UT-forskerne skærper ind på enzymets varmetolerance.

"De kemiske reaktioner produceret af menneskelige P450-enzymer er mere effektive, når de opstår ved stigende temperaturer, " sagde Jain.

Indtil nu, videnskabsmænd mente, at P450's tolerance over for varme havde sin oprindelse i dens stive struktur. Imidlertid, Jain og Lemmonds' undersøgelse tyder på, at disse proteiner kan være ret fleksible.

"Ved bedre at forstå forholdet mellem fleksibilitet og høj temperatur, Forskere kan konstruere forbedrede P450-enzymer rettet mod bioteknologiske applikationer og designe bedre lægemidler til mennesker, producere dem i massevis og gøre dem mere omkostningseffektive, " sagde Jain.

Til studiet, forskere indsamlede termofile bakterier - dem, der trives ved temperaturer mellem 106 og 262 grader Farenheit - fra varme kilder og isolerede P450-enzymet.

De udsatte de isolerede enzymer for spektroskopi og neutronspredning, to teknikker baseret på magnetisme, for at hjælpe med at belyse sammenhængen mellem fleksibilitet og termisk stabilitet.

"Der kunne være andre enzymer, der er lige så fleksible ved højere temperaturer end P450, eller det kan blive lige så fleksibelt gennem simple mutationer. Hvis så, viden opnået fra fremtidige undersøgelser af dem kan derefter bruges til at målrette specifikke processer i kroppen, behandle sygdom, eller lave nye kemiske produkter, " sagde Lemmonds.