Enantiomere als effizientere Protein-basierte Medikamente

13.03.2019

Von fast allen biologischen Molekülen existieren zwei verschiedene räumliche Strukturen, die sich zueinander wie Bild und Spiegelbild verhalten. Diese Moleküle bezeichnet man als Enantiomere. Wie eine rechte und eine linke Hand lassen sie sich nicht zur Deckung bringen. Abhängig davon, ob polarisiertes Licht beim Durchleuchten der Moleküle nach rechts oder nach links gedreht wird, spricht man von der D-Form oder L-Form des Enantiomers. In der Natur finden sich fast ausschließlich Proteine aus L-Aminosäuren, während DNA und RNA aus Molekülen in D-Form aufgebaut sind.

Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums arbeiten daran, Biomoleküle in ihrer Spiegelbild-Form zu synthetisieren. Künftig wollen sie aber nicht nur einzelne Moleküle nachbauen, sondern arbeiten an künstlichen enantio-meren Ribosomen, also an ganzen spiegelbildlichen biologischen Systemen, die quasi autonom enantiomere Proteine herstellen.

In einer aktuellen Arbeit ist es den Forschern gelungen, aus D-Aminosäuren die Spiegelbildversion einer DNA-Ligase herzustellen. Die Spiegelbild-Ligase kann aus ebenfalls spiegelbildlichen DNA-Stücken ein vollständiges Spiegelbild-Gen zusammenzusetzen. Weitere Enzyme in D-Form, die die DNA vervielfältigen und in RNA übersetzen, stehen ebenfalls schon zur Verfügung. Als nächstes benötigen die Forscher eine spiegelbildliche Struktur, die die Funktion der Ribosomen in der Zelle übernimmt. Mit den Spiegelbild-Ribosomen hätte man ein einfaches System, mit dem man alle Arten von enantiomeren Proteinen relativ einfach im Reagenzglas herstellen könnte. Das künstliche System wäre unabhängig von der Natur, aber identisch in den biophysikalischen und chemischen Eigenschaften und könnte langfristig sogar zu einer archetypischen, spiegelbildlichen Kopie einer Zelle führen.

Während dies aber noch Zukunftsmusik ist, könnte der zugrunde liegende Ansatz bereits in näherer Zukunft für therapeu-tische Zwecke genutzt werden, etwa für die Synthese von spiegelbildlichen Antikörpern. Therapeutische Antikörper werden heute synthetisch hergestellt und bei einer Reihe von Krankheiten als Medikament eingesetzt, nicht zuletzt in der Krebstherapie. Allerdings kann das Immunsystem des Patienten gegen die therapeutischen Antikörper reagieren, da diese als Antigen identifziert und bekämpft werden. Ein Antikörper-Medikament, das aus enantiomeren D-Aminosäuren anstelle der natürlichen L-Aminosäuren besteht, würde voraussichtlich keine Immunantwort hervorrufen, da D-Moleküle vom Immunsystem nicht erkannt werden. Außerdem könnten die spiegelbildlichen Antikörper auch länger ihre therapeutische Wirkung entfalten, da sie im Körper nur langsam biologisch abgebaut würden. Sie könnten sogar unkompliziert als Tablette eingenommen werden, da auch die Verdauungsenzyme im Körper ihnen nichts anhaben könnten.

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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30880154