Ämnet galantamin används mot Alzheimers sjukdom och andra former av demens. Det utvinns idag från påskliljor, där det förekommer i låg koncentration. Processen att utvinna ämnet är tidskrävande och komplicerad. Dessutom påverkas tillgången till läkemedlet av tillgången på påskliljor. Det gör ämnet mycket dyrt – galantamin kostar idag omkring en halv miljon kronor per kilo. Nu har forskare från USA utvecklat en metod som använder artificiell intelligens, AI, för att man på ett billigare och mer tillförlitligt sätt i ska kunna ta fram galantamin med hjälp av genetiskt modifierade bakterier i framtiden.
Växter som påskliljor (Narcissus) och snödroppar (Galanthus), från vilka galantamin ursprungligen framställdes, hör till amaryllisfamiljen. Från växter i den familjen har man identifierat omkring 600 olika alkaloid-molekyler som, likt galantamin, har potential att användas som läkemedel. Inte bara mot demenssjukdom utan också till exempel mot cancer. Användning av AI ihop med specifika biosensorer är ett lovande sätt att utveckla effektiv framställning av potenta alkaloider för läkemedelsanvändning i bakterier.
Att använda bakterier för att tillverka olika molekyler är inget nytt – insulin för behandling av diabetes har till exempel tillverkats i bakterier sedan 1980-talet. Det är däremot nytt att använda AI för att förbättra de enzym som behövs för att kunna producera komplexa läkemedelsmolekyler i bakterier.
I en artikel i Nature Communications presenteras en ny metod där AI används tillsammans med en biosensor för att optimera effektiviteten hos ett av de enzym som krävs för att ta fram galantamin. Forskarna började med att utveckla en ytterst specifik biosensor som avger en ljussignal när den detekterar en molekyl som behövs för tillverkning av galantamin. De förde sedan in biosensorn ihop med en gen från påsklilja i bakterien Escherichia coli. När genen är aktiv bildas det enzym som krävs för att molekylen som biosensorn känner igen ska bildas i bakterien. Men enzymet visade sig inte vara tillräckligt effektivt för att kunna användas i en framtida läkemedelsframställning.
För att optimera enzymet tog forskarna då hjälp av ett AI-verktyg för att ta reda på hur enzymet skulle kunna ändras för att öka dess effektivitet. Det resulterade i ett enzym som gav 60 procent högre utbyte, hade dubbelt så hög aktivitet och bara gav en tredjedel så mycket biprodukter som påskliljans egna enzym.
I den aktuella studien har ett viktigt enzym optimerats, men flera komponenter krävs för att bilda galantamin. I dagarna har andra forskare identifierat flera viktiga enzym som krävs för produktion av galantamin. Med hjälp av biosensorer och AI kan forskningen nu gå vidare mot målet att tillverka galantamin i kommersiell skala med hjälp av bakterier.
/Annelie Carlsbecker 2024-03-26
Källa:
