University of Bath entwickelt bakterielle Plattform zur Entdeckung stapelgebundener Peptidwirkstoffe
Forscher der University of Bath berichten über ein bakterielles System, das Millionen von Peptidmolekülen in lebenden Zellen produziert, stapelt und testet. Die in Cell Chemical Biology veröffentlichte Studie nutzt einen überlebensbasierten Assay, um stabile und funktionelle Peptidkandidaten zu identifizieren.
Forscher an der University of Bath haben ein neues System entwickelt, das Bakterien nutzt, um Millionen von Peptidmolekülen in lebenden Zellen in einem einzigen, optimierten Prozess herzustellen, chemisch zu stabilisieren und zu testen. Der in Cell Chemical Biology veröffentlichte Ansatz soll eine schnellere, sauberere und besser skalierbare Methode bieten, um potenzielle Therapien für Proteine zu identifizieren, die sich der konventionellen Arzneimittelentwicklung seit Langem entzogen haben.
Peptidtherapeutika stoßen auf stark wachsendes Interesse: Mehr als 80 Peptidarzneimittel sind bereits auf dem Markt, und Hunderte weitere befinden sich in der klinischen und präklinischen Entwicklung. Es wird erwartet, dass der globale Markt für peptidbasierte Therapeutika bis 2028 auf 68,83 Milliarden US-Dollar wächst. Trotz ihres Potenzials sind Peptide häufig strukturell flexibel, werden leicht von Enzymen im Körper abgebaut und haben oft Schwierigkeiten, in Zellen einzudringen, was ihre Stabilität und Wirksamkeit als Arzneimittel einschränkt.
Eine Strategie zur Überwindung dieser Herausforderungen ist das Peptid-Stapling, eine Technik, bei der Peptide chemisch in einer stabilen Form fixiert werden. Im Bath-System werden stapelgebundene Peptide direkt in lebenden Bakterienzellen erzeugt, anstatt sie zunächst zu synthetisieren und anschließend chemisch zu stapeln. Das System verwendet genetisch kodierte Bibliotheken, wobei jede Zelle eine einzigartige Sequenz produziert, sowie kleine bis-alkylierende Moleküle, die die bakterielle Membran durchqueren und mit Paaren von in die Peptide eingebauten Cysteinresten reagieren. Dadurch wird die Stapelbindung gebildet und das Molekül innerhalb der lebenden Zelle zyklisiert.
Dieser Ansatz ermöglicht es, gleichzeitig Millionen von Kandidatmolekülen in Bakterien zu erzeugen, wodurch der Bedarf an komplexer, mehrstufiger Synthese und Aufreinigung sinkt, die die Entwicklung von Peptidarzneimitteln traditionell verlangsamt. Nach Angaben der Forscher selektiert die Biologie dabei effektiv sowohl die Peptidsequenz als auch die optimale Geometrie der strukturellen Einschränkung gleichzeitig.
Für das Screening wird der Transcription Block Survival (TBS)-Assay verwendet, der die Peptidaktivität direkt mit dem Überleben der Bakterien verknüpft. Dabei werden die Bakterien so verändert, dass ein Transkriptionsfaktor die Expression eines essenziellen Gens blockiert. Ist der Transkriptionsfaktor aktiv, kann die Zelle nicht wachsen; blockiert ein Peptid den Transkriptionsfaktor jedoch erfolgreich, wird die Blockade aufgehoben und die Zelle überlebt.
Den Forschern zufolge filtert der TBS-Assay automatisch Sequenzen heraus, die instabil, unspezifisch, toxisch oder schlecht exprimiert sind. Nur Peptide, die stabil, funktionell und in der Lage sind, das Zielmolekül innerhalb der Zelle selektiv zu binden, werden im Screening durch Überleben angereichert.