Sensor-seq bringt Naltrexon zum Leuchten

Biochemiker der University of Wisconsin-Madison haben eine neue, effiziente Methode entwickelt, die es Ersthelfern ermöglichen könnte, schädliche und gesundheitsrelevante Stoffe im Körper schnell zu erkennen.

Kleine Moleküle, die mit Proteinen interagieren, können lebenswichtige biologische Prozesse in Gang setzen, verstärken oder hemmen. Einige kleine Moleküle, wie Vitamine oder Hormone, sind mit unserer Gesundheit verbunden. Andere, wie z. B. Opioide, sind giftig, und zu wissen, ob sie im Körper eines Patienten vorhanden sind, kann für die medizinische Notfallbehandlung entscheidend sein. 

“Kleine Moleküle sind in der gesamten Biologie allgegenwärtig”, sagt Vatsan Raman, ein Professor für Biochemie an der UW-Madison. “Die Natur ist wirklich gut darin, Proteine zu erschaffen, die an kleine Moleküle mit exquisiter Spezifität binden. Die Frage, die sich uns stellte, war, ob wir die Proteine der Natur so umgestalten können, dass sie an das kleine Molekül binden, das wir nachweisen wollen.

Da kleine Moleküle mit bestimmten Proteinen in Wechselwirkung treten können, könnte ein gut konzipiertes Protein ein biochemisches Alarmsystem auslösen, wenn ein bestimmtes Molekül, z. B. ein Narkotikum oder ein Metabolit (kleine Moleküle, die entstehen, wenn unser Körper größere Substanzen wie Lebensmittel abbaut), vorhanden ist.

aman war daran interessiert, ein solches System zu entwickeln. Doch während sich einige Proteine von Natur aus so entwickelt haben, dass sie mit einem oder mehreren kleinen Molekülen interagieren, müssen bei der Entwicklung eines Proteins, das mit einem bestimmten kleinen Molekül interagieren soll, Zehntausende von Möglichkeiten getestet werden, um die beste Lösung zu finden. Dieser Prozess kann sehr kosten- und zeitaufwändig sein.

Um diesen Prozess zu beschleunigen, haben Forscher in Ramans Labor Sensor-seq entwickelt, eine Methode, mit der Zehntausende von Proteinmutationen gleichzeitig gescreent werden, um festzustellen, welche davon an ein Molekül von Interesse binden. Die Proteine können so modifiziert werden, dass sie als Schalter fungieren und ein visuelles Signal (z. B. ein grünes Leuchten) auslösen, das die Anwesenheit eines kleinen Moleküls in einer Probe anzeigt und eine Art biochemisches Alarmsystem aktiviert.

Die Forscher testeten Sensor-seq mit mehreren kleinen Molekülen von Interesse, darunter Naltrexon, ein Medikament, das Opioide nachahmt. Aus Zehntausenden möglicher Proteinmutationen, die sie entwarfen, fanden sie heraus, welche davon Naltrexon erkennen. Dann entwickelten sie einen Biosensor, der das Protein grün leuchten lässt, wenn es mit Naltrexon interagiert.

Ihre Methode funktionierte: Naltrexon löste ein mit bloßem Auge sichtbares grünes Leuchten aus. Die Ergebnisse der Forscher wurden in Nature Communications veröffentlicht.

Original Paper:

Highly multiplexed design of an allosteric transcription factor to sense new ligands | Nature Communications

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Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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