Világszínvonalú, gyors és költséghatékony

AZ ELTE KÉMIKUSAI PEPTIDKÉMIAI MÓDSZERT FEJLESZTETTEK TOVÁBB POLIPEPTIDEK ÉS FEHÉRJÉK ELŐÁLLÍTÁSÁRA

2020.05.04.
Világszínvonalú, gyors és költséghatékony
Napjainkban egyre nagyobb igény mutatkozik a polipeptidek és fehérjék precíziós előállítására nemcsak a gyógyszerkutatásban, de az anyagtudományokban, a kozmetikai- és egészségiparban egyaránt. Az ELTE kémikusai, a Perczel András vezetésével olyan környezetkímélő és anyagtakarékos módszert fejlesztettek ki, mellyel az eddigi pazarló és drágább előállítási technológia helyett, a szükséges polipeptideket és fehérje-fragmens típusú makromolekulákat csupán pár óra leforgása alatt, olcsóbban és teljesen automatizáltan lehet szintetizálni. 

Dr. Perczel András, az ELTE Szint Plusz Tématerületi Kiválósági Program egyik vezetője és kutatótársai, Dr. Farkas Viktor  laborvezető és Ferentzi Kristóf évek óta tanulmányozza a nanotechnológia, biotechnológia és gyógyszeripar területén is nélkülözhetetlen szilárdfázisú polipeptid szintézisek konkurens módszereit. Most az ELTE-n működő, 2019. nyarán indult kiválósági program keretében olyan egyedülálló és a világ élvonalával versenyző áramlásos kémiai módszert fejlesztettek tovább, amellyel a polipeptidek és 30-50 aminosav láncú fehérje részek gyors, hatékony, tiszta előállítására képesek.

Új módszer kellett 

A hasonló mérettartományú polipeptideket és fehérje-fragmenseket élősejtes expresszióval csak körülményesen, úgynevezett fúziós rendszerekben lehetett előállítani. Ráadásul a szokásos bakteriális rendszerekbe csak a természetes 20 fehérjeépítő aminosav volt beépíthetők. A kémiai totálszintézis ugyanakkor komoly kutatói, fejlesztői és ipari kihívást jelent mind a mai napig. A több mint 40 éve kifejlesztett szilárdfázisú peptidszintetikus eljárások költségesek, időigényesek és esetenként jelentős környezeti terhelést jelentenek a kényszerűen nagy feleslegben használt reagensek és szerves oldószerek miatt. A szintézis időigényessége, a magasabb költségek és a környezetet károsító vegyszerek negatív hatása komoly hátrány.  Egy-egy aminosav manuális beépítése gyakran nagy mennyiségű szerves oldószer felhasználásával történik és akár 2-3 órát is igénybe vehet, a 6-9 szeres reagensfelesleg mellett.

A szilárdfázisú peptidszintézis folyamatábrája.

Újítás a peptidkémiában

Az ELTE szerkezeti kémikusai által továbbfejlesztett áramlásos kémiai eljárás a most közzétett finomhangolt protokollnak köszönhetően igazi áttörést hordozhat.

  • Gyors - akár 7,5 perc/aminosav ciklusidővel szintetizálhatjuk a kívánt polipeptidet vagy fehérje részletet.
  • Környezetkímélő és takarékos - mivel az eljárásban a lehető legkevesebb oldószer- és reagens-felesleget használunk, ezért az egyszerre anyag és reagens takarékos, tehát kellően környezetkímélő. 
  • Automatizálható és optimalizálható - magas fokon automatizálható, bármilyen egzotikus aminosav is beépíthető, a kémiai tulajdonságok függvényében minden lépés akár egyedileg optimálható.

A kereskedelmi forgalomban kapható, HPLC elemekből felépített, áramlásos kémiai szintetizátort, az ELTE Kémiai Intézetében évek munkájával finomhangolták. Az általuk kidolgozott eljárás a legjózanabb kompromisszumot kínálja a szintézisidő, a működési költség, az anyagtisztaság és a környezetvédelem változói mentén. Módszerüket az ipari partnerük, a speciális modulokból készüléket építő Metalon Kft munkatársainak bevonásával is tesztelték. 

Smart peptide chemistry in flow

A most kifejlesztett módszer, az SPF-ELTE (smart peptide chemistry in flow-ELTE) során használt szintetizátor bekerülési költsége a lehető legalacsonyabb, hiszen kereskedelmi forgalomban kapható kromatográfiás modulokat használ. Az eljárás gyors és felettébb anyagtakarékos. A kémiai szintézist így a legkörnyezetkímélőbb eljárás keretében valósíthatják meg összehasonlítva a régebb óta elterjedt, hagyományos peptidszintézis módszerekkel.


A Massachusetts Institute of Technology (MIT) áramlásos kémiai készülékének és
a CEM Vállalat LIBERTY Blue mikrohullámú készülékének összehasonlítása
az Eötvös Loránd Tudományegyetemen használt berendezéssel.

Használata során a szokásosnál lényegesen kevesebb szerves oldószert és kisebb reagensfelesleget kell használni - mondja Perczel András, a kiválósági program vezetője. A készülék használatával 5-40 aminosav hosszúságú szekvenciákat kényelmesen és jó nyerstermék tisztaság mellett, csupáncsak pár óra leforgása alatt már elő lehet állítani.

A Massachusetts Institute of Technology (MIT) áramlásos kémiai készülékének és
a CEM Vállalat LIBERTY Blue mikrohullámú készülékének összehasonlítása
az Eötvös Loránd Tudományegyetemen használt berendezéssel.

A finomhangolt módszer már bevethető

Az ELTE által kidolgozott eljárás már rövid távon is megoldást jelenthet megannyi  aminosavszekvencia, a bioaktív polipeptid, az antitesthez kötődő epitóp szekvenciák, a peptidhormonok és a terápiás fehérje részek hatalmas tárházának előállítására, akár a kutatás-fejlesztés, akár a gyógyszeripar és a biologikumok területén. Többek között ilyen kémiai vegyületek hatékony és olcsó előállításával eredményesebben vehetjük fel a harcot az olyan súlyos kórképek ellen, mint a cukorbetegség, a Crohn-betegség, egyes rákos vagy időskori megbetegedések esetében. A járványt okozó vírusok ellen is természetes és mesterséges fehérjék nyújthatnak védelmet, amelyet passzív immunizálás céljából használhatunk járványok kezdetén. A napjainkban tomboló COVID-19 megfékezése érdekében is a vírus S-fehérje ellen próbálnak sokan ellenanyagot, de akár rövidebb hosszabb polipeptidet is fejleszteni.

Hogyan is működik a gyakorlatban?

A kutatócsoport lehetőséget teremt arra, hogy a módszer iránt érdeklődő cégek és kutatók az ELTE laboratóriumaiban kipróbálhassák a Szint+ keretében kidolgozott módszert, ezáltal megismerhessék a folyamat legapróbb részleteit. "Be szeretnénk mutatni az érdeklődőknek, hogy a forgalomban lévő HPLC modulokból összerakott készülék segítségével hogyan tudunk gyorsan, kis költséggel, minimális környezetkárosító hatás mellett relatíve tiszta nyersterméket eredményező, akár 39 aminosav hosszúságú peptidet (pl. ACTH) szintetizálni az ELTE-n" - hívja fel a figyelmet a módszer kipróbálására Perczel András, Farkas Viktor és Ferentzi Kristóf kutatói hármas.

Perczel András szerves- és szerkezeti kémikus, egyetemi tanár, a Magyar Tudományos Akadémia rendes tagja, az MTA–ELTE Fehérje Modellező Kutatócsoport és az ELTE TTK Szerves Kémia Tanszék vezetője. Fő kutatási területe a biomolekulák szerkezetvizsgálata és a fehérjék NMR spektroszkópiája. 2011-ben a Bolyai János alkotói díj kitüntetettje. Legfontosabb tudományos eredményeit az alkalmazott spektroszkópia (CD, NMR, stb.), a kvantumkémia, a molekula modellezés és molekulaszintézis (szénhidrátok, glikopeptidek, fehérjék) területeken érte le. Figyelme fókuszában elsősorban a polipeptidek és fehérjék dinamikus térszerkezete és a biológiai hatású molekuláris hátterének feltérképezése áll, vizsgálataik kiterjednek az in vitro és in vivo molekuláris és nano-rendszerekre is. Összesen több mint 250 tudományos közlemény szerzője vagy társszerzője, amelyek elsősorban angol nyelven jelentek meg, ezekre közel 5000 független hivatkozás érkezett.

A készülék (Metalon KFT) bármely szokványos laborasztalon elfér, működtetése semmilyen speciális igényt sem támaszt, a SPF (Smart Peptide Chemistry in Flow-ELTE) protokollt bármely kutató használhatja a jövőben.

További részletek