Onderzoekers van DTU Biosustain en DTU Bioengineering hebben de activiteit opgehelderd van het enzym N-acetylgalactosaminidase (GH109), waarvan het werkingsmechanisme tot nu toe een mysterie was. Dit enzym kan een groep goedkope, overvloedige zogenaamde bètasuikers in hoogwaardige, moeilijk te produceren alfasuikers met interessante therapeutische eigenschappen.

Dit nieuwe werk over de chemie en katalytische activiteit van dit enzym opent mogelijkheden voor een breed scala aan toepassingen en is nu gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift ACS Katalyse .

"We zijn erg enthousiast om te hebben ontdekt hoe deze menselijke symbiont tot nu toe onbekende chemie gebruikt om zich te voeden met menselijke suikers. Nu we de chemie achter dit werkingsmechanisme begrijpen, we kunnen het enzym veranderen om waardevolle suikers te maken, " zegt David Teze, interim Group Leader of Enzyme Engineering bij The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability (DTU Biosustain) en eerste auteur van deze publicatie.

Bacterie met anti-kanker eigenschappen

GH109 wordt gevonden in de menselijke darmbacterie Akkermansia muciniphila, waar het suikers afbreekt in slijm in de darm. Wanneer GH109 de suikers van het slijm afbreekt, het maakt ze tot zogenaamde alfa-GalNAc-suikers, waarop het zich voedt.

biotechnologisch, GH109 zou het mogelijk kunnen maken om alfa-GalNAc aan andere verbindingen toe te voegen. Dit is bijzonder relevant, aangezien alfa-GalNAc het "moeilijk te maken" deel is van een van de meest voorkomende kankerantigenen, namelijk het Thomsen-Friedenreich-antigeen (Galβ1-3GalNAcα1). Dus, alfa-GalNAc-suikers kunnen mogelijk worden geformuleerd voor kankervaccins.

"Alpha-GalNAc-bevattende suikers kunnen beschermend zijn tegen kanker, maar het is moeilijk om er genoeg van te synthetiseren voor vaccins. Maar nu, we kunnen misschien een enzym optimaliseren om ze biotechnologisch te produceren, ' zegt Teze.

Deze suikers hebben ook gezondheidsbevorderende eigenschappen door te werken als krachtige prebiotica (voedsel voor probiotische bacteriën), en andere studies suggereren ook dat ze ontstekingsremmende eigenschappen hebben. Maar alfa-GalNAc-suikers zijn chemisch moeilijk te maken. Daarom is biologische productie erg interessant en, Vandaar, de functie van GH109 wordt erg interessant.

Met behulp van bio-informatica, mutatie analyse, structurele analyse, computationele modellering en kristallografiestudies - de laatste wordt uitgevoerd in een van 's werelds krachtigste röntgenfaciliteiten, MaxIV, in Lund, Zweden - de onderzoekers onthulden een interessant kenmerk van GH109. De actieve plaats, waar de enzymactiviteit plaatsvindt, kon eigenlijk twee soorten inputmoleculen aan (alfa- en bèta-glycanen). Het enzym doet dit door een flexibele 'arm' te hebben die de juiste input in de actieve site plaatst.

Door deze onthulling de onderzoekers hebben een duidelijker idee over hoe dit enzym te optimaliseren, het openen van een kans op grote schaal, groene productie van α-GalNAcs in de toekomst.