In de clandestiene wereld van biochemische oorlogsvoering zoeken onderzoekers voortdurend naar innovatieve strategieën om dodelijke middelen tegen te gaan. Onderzoekers onder leiding van Jin Kim Montclare, hoogleraar aan de afdeling Chemische en Biomoleculaire Technologie, zijn begonnen aan een baanbrekende missie om enzymatische verdedigingsmechanismen tegen chemische bedreigingen te ontwikkelen, zoals blijkt uit een recente studie gepubliceerd in ChemistryOpen .

De focus van het team ligt op het maken van enzymen die beruchte oorlogsmiddelen zoals VX kunnen neutraliseren, bekend om hun snelle en verwoestende effecten op het zenuwstelsel. Door middel van nauwgezet computationeel ontwerp hebben ze de kracht van enzymen zoals fosfotesterase (PTE), traditioneel bedreven in het ontgiften van organofosfaten in pesticiden, benut om zich te richten op VX-agentia.

De studie maakte gebruik van computationele technieken om een ​​diverse bibliotheek van PTE-varianten te ontwerpen die geoptimaliseerd waren voor het richten op dodelijke organofosforzenuwgassen. Door gebruik te maken van geavanceerde modelleringssoftware, zoals Rosetta, hebben de onderzoekers nauwgezet enzymvarianten vervaardigd die op maat zijn gemaakt om de werkzaamheid tegen deze formidabele bedreigingen te vergroten. Toen ze deze nieuwe enzymversies in het laboratorium testten, ontdekten ze dat drie ervan veel beter waren in het afbreken van VX en VR. Hun bevindingen toonden de effectiviteit van deze gemanipuleerde enzymen aan bij het neutraliseren van deze chemicaliën.

Een belangrijk probleem bij de behandeling van deze middelen ligt in de urgentie van toepassing. Bij blootstelling is snel ingrijpen van cruciaal belang. Het onderzoek legt de nadruk op mogelijke toepassingen, variërend van profylactische maatregelen tot onmiddellijke toediening bij blootstelling, wat de noodzaak onderstreept van snelle actie om de dodelijke effecten van de middelen te verzachten.

Een ander belangrijk probleem is de stabiliteit van eiwitten:ervoor zorgen dat de eiwitten intact kunnen blijven op de plaats van aangetast weefsel, wat cruciaal is voor therapeutische toepassingen. Door ervoor te zorgen dat enzymen stabiel blijven in het lichaam, wordt hun levensduur en effectiviteit verlengd en wordt langdurige bescherming tegen chemische middelen geboden.

Vooruitkijkend streeft het team van Montclare ernaar de stabiliteit en werkzaamheid van enzymen verder te optimaliseren, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor praktische toepassingen in chemische verdediging en therapieën. Hun werk vertegenwoordigt een baken van hoop in de voortdurende strijd tegen chemische bedreigingen en belooft veiligere en effectievere strategieën om levens te beschermen.

Meer informatie: Jacob Kronenberg et al., Computationeel ontwerp van fosfotriesterase verbetert de afbraakefficiëntie van V-agentia, ChemistryOpen (2024). DOI:10.1002/open.202300263

Aangeboden door NYU Tandon School of Engineering