Protein-Engineering mit Designer-Enzymen
Das EU-finanzierte Projekt MEDENZYMEDESIGN ("Enzyme design of medical interest") arbeitete an der Entwicklung von drei Enzymen für Biotechnologie, Biomedizin und industrielle Prozesse. Von Innen heraus (Inside-out) kombinierten die Forscher in ihrer Methodik computergestütztes Protein-Design mit der gerichteten Evolution (DE), um neue Enzyme zu entwerfen. Mittels neuer Strategien der quantenmechanischen/molekularmechanischen (QM/MM) Molekulardynamik (MD) und der Dichtefunktionaltheorie wurde das Enzymdesign nach der gerichteten Evolution durch Simulationen optimiert. Forscher entwickelten ein Transaminaseenzym, um das Typ-2-Anti-Diabetes-Medikament Sitagliptin mithilfe des Inside-Out-Protokolls zu erzeugen. Allerdings gab es einige Probleme mit den Rechnerdesigns und das Protokoll erwies sich als erfolglos. Anschließend arbeiteten die Forscher an der Entwicklung neuer Enzymvarianten für die Produktion des cholesterinsenkenden Wirkstoffs Lovastatinsäure. Diese durch DE erzeugten Enzyme wurden rechnerisch mithilfe des Supercomputers Anton und MD-Simulationen ausgewertet. Die Analyse zeigte, dass durch DE hergestellte Enzyme wirksamer waren als die aus dem computergestützten Design, da die polare Umgebung des Enzyms vorab besser organisiert werden konnte. Die Wissenschaftler von MEDENZYMEDESIGN arbeiteten an der Neugestaltung natürlicher NADP-abhängiger Enzyme, um Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase-Aktivität zu erzeugen und den von Medikamenten ausgelösten oxidativen Stress bei G6PD-Mangel zu reduzieren. Mithilfe von MD-Simulationen wollte man die Unterschiede in der katalytischen Aktivität und der Reaktionskinetik von Enzymen und deren Varianten verstehen. Das Projekt lieferte die Grundlagen für zukünftige Forschungen, um computergestützte Protokolle für das Biokatalysator-Design zu verbessern. Dies sollte die kommerzielle Anwendung von Biokatalysatoren für eine nachhaltige industrielle Produktion wichtiger chemischer Wirkstoffe erleichtern. Zu den betreffenden Krankheiten zählen Diabetes, Alzheimer, Parkinson und die Huntington-Krankheit.
Schlüsselbegriffe
Enzym, Katalysator, industrieller Maßstab, Eiweiß, gerichtete Evolution, Advanced Glycation End Produkt, Glykierungsendprodukten, Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase, Superoxiddismutase, Molekulardynamik, Sitagliptin, Supercomputer Anton
