Засвоюваний дизайнерський білок для пацієнтів з фенілкетонурією

Дослідницька група хоче поліпшити харчові можливості хворих на фенілкетонурію за допомогою біотехнологічно виробленого білка, що не містить певної амінокислоти.

дизайнерський

Німецький дослідницький проект для пацієнтів з фенілкетонурією (ФКУ) обіцяє не лікування, а кращу якість життя. Приблизно кожна десятитисячна дитина у всьому світі народжується з цим спадковим захворюванням метаболізму. Якщо його не лікувати, це призводить до важких порушень психічного розвитку. Причиною цього є надлишок амінокислоти фенілаланін, який виникає через те, що організм відповідної людини не може розщепити будівельний матеріал, що міститься у багатьох молекулах білка. Зрештою, надлишок фенілаланіну проникає через гематоенцефалічний бар’єр у мозок і завдає там пошкодження.

Тільки фрукти, овочі та суміші амінокислот

До цього часу існувала терапія, яка є настільки простою, наскільки незручною: обмеження дієти на все життя. Постраждалі повинні уникати прийому фенілаланіну, тобто в основному або в окремих випадках навіть повністю уникати всіх видів природного білка і, по суті, їсти фрукти та овочі. Білки, яких не вистачає для здорового харчування, доповнюються у вигляді амінокислотних сумішей, що не містять фенілаланіну. Дослідницький проект "Phe-frei3", який фінансується Федеральним міністерством досліджень у програмі "KMU-innovativ: Biotechnologie-BioChance" з березня 2019 року по лютий 2022 року, приблизно на 915 000 євро, хоче розвинути кращий шлях. Phe-frei3 означає "біотехнологічне виробництво білка без фенілаланіну GSP105 для поліпшення управління дієтою при фенілкетонурії".

MetaX Institute for Dietetics GmbH та команда з Інституту молекулярної біології та прикладної екології Фраунгофера (IME) об'єднали зусилля для проекту. Ваша мета - зробити білок, який не містить фенілаланіну, але містить усі інші важливі амінокислоти. “Хороша смачна їжа для пацієнтів з ФКУ” описує бачення керівника MetaX Бернхарда Гофмана та згадує як приклад макарони та овочеві бургери. "Суміші амінокислот і особливо незамінні амінокислоти дуже гіркі", - пояснює Івонн Мюкке, яка координує дослідження в проекті на metaX. Крім того, амінокислотні суміші не можна сильно нагрівати або обробляти в їжу іншим способом, як це можливо з білками. Наразі існували лише таблетки, порошки, напої та принаймні батончики з амінокислотними сумішами. Їх смак все ще залишає бажати кращого, незважаючи на вдосконалені рецепти.

Шукайте білки без фенілаланіну

Тому партнери з досліджень шукали в базах даних білок, який, природно, містить лише невелику кількість фенілаланіну. Потім, використовуючи методи генної інженерії, вони хотіли обміняти ці залишки фенілаланіну на інші необхідні амінокислоти. "Однак ми швидко помітили, що білок більше не буде нормально складатися, якщо замінити більше двох-трьох амінокислот", - згадує дослідник IME Штефан Раше. Тож команда ще більше посилила критерії пошуку. Було дозволено присутність максимум одного фенілаланіну, а харчові параметри та розміри повинні бути правильними - і, звичайно, цільовий білок не міг бути токсичним для людини. "Ми продемонстрували 831 000 послідовностей і отримали лише 15 звернень", - повідомляє Раше. Лише один із цих кандидатів був повністю вільний від фенілаланіну.

Однак було прийнято рішення щодо білка, який здавався в цілому більш привабливим - і заміна однієї амінокислоти виявилася без проблем. Як сподівались, новий білок несмачний, легко розчинний, хімічно стабільний, а також стійкий до підвищених температур - ідеально підходить для подальшої обробки. Крім того, білок сприйнятливий до дії ферментів із групи протеаз, що говорить про хорошу засвоюваність. Однак в той же час це також означає, що єдиними можливими продуктивними організмами є ті, які мають низьку активність протеази, завдяки чому білок не руйнується знову під час виробництва. "Ми експресували білок у різних мікроорганізмах, а також у високоефективному штамі", - повідомляє Раше про успішний пошук.