Forskere strømliner molekylært samlebånd til design, test lægemiddelforbindelser

Forskere fra North Carolina State University har fundet en måde at finjustere det molekylære samlebånd, der skaber antibiotika via manipuleret biosyntese. Arbejdet kunne give videnskabsfolk mulighed for at forbedre eksisterende antibiotika samt designe nye lægemiddelkandidater hurtigt og effektivt.

Bakterier - som f.eks E coli — udnytte biosyntese til at skabe molekyler, der er svære at fremstille kunstigt.

"Vi bruger allerede bakterier til at lave en række lægemidler til os, " siger Edward Kalkreuter, tidligere kandidatstuderende ved NC State og hovedforfatter på et papir, der beskriver forskningen. "Men vi ønsker også at lave ændringer i disse forbindelser; f.eks. der er meget lægemiddelresistens over for erythromycin. At være i stand til at lave molekyler med lignende aktivitet, men forbedret effektivitet mod resistens er det generelle mål."

Forestil dig et samlebånd til biler:Hvert stop langs linjen har en robot, der vælger et bestemt stykke af bilen og tilføjer det til helheden. Erstat nu bilen med erythromycin, og en acyltransferase (AT) - et enzym - som robotten på stationerne langs samlebåndet. Hver AT "robot" vil vælge en kemisk blok, eller forlænger enhed, at tilføje til molekylet. På hver station har AT-robotten 430 aminosyrer, eller rester, som hjælper den med at vælge, hvilken forlængerenhed der skal tilføjes.

"Forskellige typer forlængerenheder påvirker molekylets aktivitet, " siger Gavin Williams, professor i kemi, LORD Corporation Distinguished Scholar ved NC State og tilsvarende forfatter til forskningen. "At identificere de rester, der påvirker udvælgelsen af ​​forlængerenhed, er en måde at skabe molekyler med den aktivitet, vi ønsker."

Holdet brugte molekylær dynamiske simuleringer til at undersøge AT-rester og identificerede 10 rester, der signifikant påvirker udvælgelsen af ​​forlængerenhed. De udførte derefter massespektrometri og in vitro-testning på AT-enzymer, som fik disse rester ændret for at bekræfte, at deres aktivitet også var ændret. Resultaterne understøttede computersimuleringens forudsigelser.

"Disse simuleringer forudsiger, hvilke dele af enzymet vi kan ændre ved at vise, hvordan enzymet bevæger sig over tid, " siger Kalkreuter. "Generelt, folk ser på statisk, ikke-bevægelige strukturer af enzymer. Det gør det svært at forudsige, hvad de gør, fordi enzymer ikke er statiske i naturen. Forud for dette arbejde, meget få rester blev antaget eller kendt for at påvirke valget af forlængerenhed."

Williams tilføjer, at manipulation af rester giver mulighed for meget større præcision ved omprogrammering af det biosyntetiske samlebånd.

"Tidligere forskere, der ønskede at ændre et antibiotikums struktur, ville simpelthen bytte hele AT-enzymet ud, " siger Williams. "Det svarer til at fjerne en hel robot fra samlebåndet. Ved at fokusere på resterne, vi erstatter blot fingrene på den arm – som at omprogrammere en arbejdsstation i stedet for at fjerne den. Det giver mulighed for meget større præcision.

"At bruge disse beregningssimuleringer til at finde ud af, hvilke rester der skal erstattes, er et andet værktøj i værktøjskassen for forskere, der bruger bakterier til at biosyntetisere lægemidler."