Исследование открывает новые подходы для быстрой разработки лекарств

Многие важные лекарства, такие как антибиотики и противоопухолевые препараты, производятся из природных продуктов бактерий. Ключевую роль в этом играют немоносомальные пептидные синтетазы (NRPS) — ферментные комплексы с модульной структурой, похожей на сборочную линию. Исследуя эволюцию белков, команда под руководством Хельге Боде из Института наземной микробиологии Макса Планка (Марбург, Германия) обнаружила новые «точки слияния» (fusion sites), которые ускоряют и делают более целенаправленной разработку будущих лекарств.

Исследование опубликовано в журнале Science.

Принцип сборочной линии в природе

NRPS — это бактериальные ферменты, которые, подобно производственным линиям, создают огромное разнообразие природных соединений. Учёные занимаются модификацией частей этих ферментов (NRPS engineering), чтобы получать вещества с новыми свойствами. Однако этот подход до сих пор не был достаточно эффективным.

«Мы поняли, что лучшая возможность — взять за образец саму природу. Если мы поймём естественные процессы, то узнаем, какие участки фермента лучше всего подходят для NRPS engineering», — поясняет исследователь Кенан Бозхюйюк.

Рекомбинация по природному образцу

Команда вместе с группами Георга Хохберга (Институт Макса Планка) и Михаэля Гролля (Мюнхенский технический университет) искала «горячие точки» естественной рекомбинации в эволюции ферментов.

«Мы проанализировали биоинформатическими методами несколько десятков тысяч ферментов, а затем подтвердили предсказанные участки в лабораторных экспериментах», — объясняют первые авторы Леонард Преве и Карстен Кеглер.

В результате был обнаружен новый тип «точки слияния» для создания функциональных NRPS-гибридов. Исследователям даже удалось успешно комбинировать NRPS-последовательности из совершенно разных организмов, например, бактерий и грибов.

Создание нового фармакологически активного пептида

Новый подход был проверен в медицинском контексте: учёные сконструировали новый фармакологически активный пептид. Это демонстрирует большой потенциал бактериальных природных продуктов как основы для новых лекарств.

«Ключевое преимущество нашего подхода в том, что мы используем эволюционные процессы, проверенные миллионами лет. Наши вдохновлённые эволюцией точки слияния более универсальны и имеют более высокий процент успеха», — заявил Хельге Боде.

Концепция команды объединяет синтетическую биологию с методами высокопроизводительного скрининга, что позволяет быстрее и дешевле находить биологически активные соединения. Это открывает путь к созданию индивидуальных биологических препаратов с улучшенными терапевтическими свойствами, что особенно важно в условиях роста лекарственной устойчивости и непереносимости лекарств.