Wetenschappers van de Johannes Gutenberg Universiteit in Mainz in Duitsland hebben ontdekt dat molybdeentrioxide nanodeeltjes sulfiet oxideren tot sulfaat in levercellen, analoog aan het enzym sulfietoxidase. De gefunctionaliseerde molybdeentrioxide-nanodeeltjes kunnen het celmembraan passeren en zich ophopen in de mitochondriën, waar ze de activiteit van sulfietoxidase kunnen herstellen.

Sulfietoxidase is een molybdeenbevattend enzym dat zich in de mitochondriën van lever- en niercellen bevindt. die de oxidatie van sulfiet tot sulfaat katalyseert tijdens het eiwit- en lipidemetabolisme en daarom een ​​belangrijke rol speelt in cellulaire ontgiftingsprocessen. Een gebrek aan functioneel sulfietoxidase is een zeldzame maar dodelijke genetische ziekte die neurologische aandoeningen veroorzaakt, mentale retardatie, fysieke misvormingen en degradatie van de hersenen, wat uiteindelijk leidt tot voortijdige dood. Verschillende dieet- of medicamenteuze behandelingen voor een sulfietoxidasedeficiëntie zijn met matig succes geprobeerd.

Het feit dat molybdeenoxide is opgenomen in de actieve site van enzymen, vormde de inspiratie voor de aanpak die nu wordt gevolgd door het team van wetenschappers dat werkt onder leiding van professor Wolfgang Tremel van het JGU Institute of Inorganic Chemistry and Analytical Chemistry, evenals Dr. Dennis Strand en professor Susanne Strand van de afdeling Interne Geneeskunde van het Universitair Medisch Centrum van Mainz. De onderzoekers hopen dat deze studie de basis kan leggen voor een therapeutische toepassing van molybdeentrioxide-nanodeeltjes en daarmee nieuwe mogelijkheden om sulfietoxidasedeficiëntie te behandelen.

Verlaagde sulfietoxidaseniveaus kunnen gezondheidsproblemen veroorzaken, zelfs voor verder gezonde personen. In aanvulling, sulfieten worden gebruikt als conserveermiddel in voedsel, bijv. bij rode wijn, druivensap, of augurken in een pot. Mensen met lage niveaus van het sulfietoxidase reageren met symptomen zoals vermoeidheid, astma, daling van de bloedsuikerspiegel, of hoofdpijn.

Met hun studie betreden de Mainz-wetenschappers wetenschappelijk onbekend terrein, want tot nu toe zijn er slechts enkele onderzoeken naar enzymatisch actieve nanodeeltjes. "Het is inderdaad verbazingwekkend, dat eenvoudige anorganische nanodeeltjes een enzymatische activiteit kunnen nabootsen, " zei Ruben Ragg, eerste auteur van deze studie. In een eerder werk hadden professor Wolfgang Tremel en zijn team aangetoond dat nanodraden van vanadiumoxide een enzymatisch geïnduceerde aangroeiwerende activiteit bevatten die efficiënt voorkomt dat schepen worden aangetast door mariene micro-organismen. "Het is een al lang bestaand doel van de chemie om kunstmatige enzymen te synthetiseren die de essentiële en algemene principes van natuurlijke enzymen imiteren, " voegde Tremel eraan toe. Er is groeiend bewijs dat nanodeeltjes kunnen werken als enzymnabootsers. Van sommige nanomaterialen werd gemeld dat ze enzymachtige activiteiten vertonen, maar het kenmerk van enzymchemie zou zijn om transformaties in cellen te katalyseren in aanwezigheid van andere concurrerende reacties. Dit is moeilijk te realiseren, omdat het compatibiliteit vereist met andere cellulaire reacties die onder vergelijkbare omstandigheden en snelheden werken. Daarom, kunstmatige enzymen zijn niet alleen nuttig voor het begrijpen van het reactiemechanisme van natieve enzymen, maar ook voor toekomstige toepassingen als therapeutische middelen.

Tegelijkertijd, het gebruik van molybdeen nanodeeltjes zou verschillende voordelen hebben. "Molybdeenoxidedeeltjes zijn aanzienlijk goedkoper en ook stabieler dan genetisch geproduceerde enzymen, " voegde Dr. Filipe Natalio toe, samenwerkingspartner van de Martin Luther Universiteit van Halle-Wittenberg. Natalio ontwerpt nieuwe materialen die complexe structuren in de natuur kunnen nabootsen door een breed scala aan expertise samen te brengen, van materiaalwetenschappen tot biologie en scheikunde. De volgende stappen van het project zijn om te testen of de enzymactiviteit van de nanodeeltjes behouden kan blijven in levende organismen.

De onderzoeksteams werden ondersteund door een interdisciplinaire subsidie ​​van het JGU Center for Natural Sciences and Medicine (NMFZ) en het Max Planck Graduate Center (MPGC).