Ämnet galantamin används mot demenssjukdomar som till exempel Alzheimers. Det utvinns idag från påskliljor vilket är komplicerat och dyrt. Tillgången till läkemedlet påverkas dessutom av tillgången på påskliljor. Forskare presenterar nu 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. Målet är att låta genetiskt modifierade bakterier framställa det dyrbara ämnet 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.
Bakterie modifieras med gen och biosensor
Att använda genetiskt modifierade bakterier för att tillverka olika molekyler är inget nytt. Till exempel har insulin för behandling av diabetes 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.
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.
AI visar hur enzymet kan optimeras
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:
d’Oelsnitz, S. et al. Biosensor and machine learning-aided engineering of an amaryllidaceae enzyme. Nat. Commun. 15, 2084 (2024).
