Protein könnte Gehirnschäden durch Pestizide und chemische Waffen verhindern

Zivilisten und Militärs sind gleichermaßen Giftstoffen in Form von Pestiziden und chemischen Waffen ausgesetzt - Chemikalien, die Gehirnschäden verursachen können. Jetzt entwickeln Forscher die Stabilität eines Proteins, das diesen giftigen Chemikalien entgegenwirken kann und möglicherweise Hirnschäden verhindert.

Die Forschung wurde von Prof. Jin Kim Montclare und Richard Bonneau von der New York University geleitet und in der Zeitschrift veröffentlicht ChemBioChem. Die Studie konzentriert sich auf die Entgiftung von Organophosphaten - Verbindungen, die häufig in Pestiziden verwendet werden, und das Sarin-Gas, das in Kriegsgeräten verwendet wird.

Das Team betrachtete Proteine, die als Phosphotriesterasen bekannt sind und die in der Industrie und im Krieg verwendeten toxischen Chemikalien abbauen können. Sie erklären, dass Organophosphate an Neurotransmitter im Gehirn binden, was ihre Fähigkeit, richtig zu arbeiten, stört und dauerhafte Schäden verursacht.

Frühere Studien haben gezeigt, dass selbst eine geringe Exposition gegenüber Organophosphaten das Gehirn und das Nervensystem schädigt. In einer Studie aus dem Jahr 2012 stellte Dr. Mackenzie Ross vom University College London in Großbritannien fest, dass die Mehrzahl der Studien der letzten 20 Jahre einen signifikanten Zusammenhang zwischen selbst einer niedrigen Exposition gegenüber Chemikalien und einer beeinträchtigten kognitiven Funktion aufweist.

"Organophosphate stellen eine enorme Gefahr für Mensch und Tier dar", sagt Prof. Montclare in dieser neuesten Studie, "und leider ist es nicht ungewöhnlich, dass Menschen mit diesen Verbindungen in Kontakt kommen, sei es durch Pestizide oder einen gezielten chemischen Kampf."

Sie fügt hinzu, dass Phosphotriesterasen in der Lage seien, diese Verbindungen zu entgiften, aber bis jetzt waren sie "viel zu empfindlich, um therapeutisch verwendet zu werden".

Insbesondere waren diese Proteine ??durch ihre kurzen Halbwertszeiten und ihre Instabilität bei hohen Temperaturen begrenzt. Aber das Team schuf eine Methode, um sie neu zu konstruieren, indem es eine künstliche fluorierte Aminosäure und Computerbiologie assimilierte.

Neues Protein stabiler, mit gleichen Entgiftungsfähigkeiten

Zu diesem Zweck verwendeten Prof. Montclare und ihr Team Rosetta-Computermodellierungssoftware, um Sequenzen im fluorierten Phosphotriesterase-Protein zu finden, die verändert werden könnten, um die Proteine ??zu erhöhen und sie therapeutisch lebensfähig zu machen.

Ihre neue Methode erzeugte ein thermostabiles Protein mit einer längeren Halbwertszeit. Das bedeutet, dass sie eine stabilere Version des Proteins mit den gleichen Entgiftungsfähigkeiten der ursprünglichen, instabilen Version erstellt haben.

Laut Prof. Montclare könnte dieses überarbeitete Protein zur Verhinderung von Nervenschädigungen infolge eines Gasangriffs oder einer Exposition gegenüber Pestiziden eingesetzt werden.

"Häufig werden Chemikalienlagerbestände durch Prozesse außer Betrieb gesetzt, die eine Behandlung mit Hitze und ätzenden chemischen Reagenzien zur Neutralisierung, gefolgt von der Entsorgung gefährlicher Materialien, umfassen. Diese Proteine ??könnten diese Aufgabe enzymatisch erfüllen, ohne Reaktoren und Bildung gefährlicher Nebenprodukte."

Das Team, dessen Verfahren zum Patent angemeldet ist, plant, mit der Entwicklung therapeutischer Anwendungen für dieses modifizierte Protein zu beginnen.

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