Смилаем дизайнерски протеин за пациенти с фенилкетонурия
С биотехнологично произведен протеин, който не съдържа определена аминокиселина, изследователски екип иска да подобри хранителните възможности на пациентите с фенилкетонурия.
Немски изследователски проект за пациенти с фенилкетонурия (PKU) не обещава лечение, но по-добро качество на живот. Около всяко десет хилядно дете в света се ражда с това наследствено метаболитно заболяване. Ако не се лекува, това води до тежки нарушения на психичното развитие. Причината за това е излишъкът от аминокиселината фенилаланин, който възниква, тъй като тялото на засегнатото лице не може да разруши градивния блок, съдържащ се в много протеинови молекули. В крайна сметка излишният фенилаланин преминава кръвно-мозъчната бариера в мозъка и причинява увреждане там.
Само плодове, зеленчуци и смеси от аминокиселини
Досега е имало терапия, която е толкова проста, колкото и неудобна: ограничения през целия живот на диетата. Засегнатите трябва да избягват да поглъщат фенилаланин, т.е. до голяма степен или в отделни случаи дори напълно без всички видове естествени протеини и по същество да ядат плодове и зеленчуци. Протеините, които липсват за здравословна диета, се допълват под формата на смеси от аминокиселини без фенилаланин. Изследователският проект "Phe-frei3", който се финансира от Федералното министерство на научните изследвания в програмата "KMU-innovativ: Biotechnologie-BioChance" от март 2019 г. до февруари 2022 г. с около 915 000 евро, иска да разработи по-добър начин. Phe-frei3 означава „биотехнологично производство на протеин без фенилаланин GSP105 за подобряване на управлението на диетата при фенилкетонурия“.
MetaX Institute for Dietetics GmbH и екип от Института за молекулярна биология и приложна екология на Fraunhofer обединиха усилията си за проекта. Вашата цел е да направите протеин, който не съдържа фенилаланин, но съдържа всички останали важни аминокиселини. „Добра дегустация на храна за пациенти с ПКУ“ описва визията на управителя на MetaX Бернхард Хофман и посочва като примери тестени и зеленчукови бургери. „Аминокиселинните смеси и особено незаменимите аминокиселини са много горчиви“, обяснява Ивон Мюке, която координира изследванията в проекта в metaX. Освен това аминокиселинните смеси не могат да бъдат силно нагрявани или обработвани по друг начин в храната, както е възможно с протеините. Досега е имало само таблетки, прахове, напитки и поне барове със смеси от аминокиселини. Вкусът им все още оставя да се желае въпреки подобрените рецепти.
Потърсете протеини без фенилаланин
Затова изследователските партньори са търсили в бази данни за протеин, който естествено съдържа само малко количество фенилаланин. Използвайки методи за генно инженерство, те искаха след това да обменят тези фенилаланинови остатъци с други незаменими аминокиселини. „Въпреки това бързо забелязахме, че протеинът вече не се сгъва правилно, ако заменим повече от две или три аминокиселини“, спомня си изследователят на IME Стефан Раше. Така екипът допълнително затегна критериите за търсене. Разрешено е да присъства максимум един фенилаланин и хранителните параметри и размер трябва да са правилни - и разбира се целевият протеин не може да бъде токсичен за хората. „Прожектирахме 831 000 последователности и получихме само 15 попадения“, съобщава Rasche. Само един от тези кандидати е напълно свободен от фенилаланин.
Въпреки това беше взето решение за протеин, който изглеждаше по-привлекателен като цяло - и замяната на една аминокиселина се оказа безпроблемна. Както се надявахме, новият протеин е безвкусен, лесно разтворим, химически стабилен и също така толерантен към повишени температури - идеален за по-нататъшна обработка. Освен това протеинът е податлив на ензими от групата на протеазите, което говори за добра усвояемост. В същото време обаче това също означава, че единствените възможни производствени организми са тези, които имат ниска протеазна активност, така че протеинът да не се разрушава отново по време на производството. "Експресирахме протеина в различни микроорганизми, а също и в високоефективен щам," съобщава Rasche за успешното търсене.