Spiegelbildliche Nanoporen eröffnen neue Wege in der Medizin

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Prof. Kozhinjampara R. Mahendran vom Rajiv Gandhi Centre for Biotechnology (Indien) sowie der Constructor University in Bremen hat eine vollständig funktionsfähige spiegelbildliche Nanopore hergestellt und charakterisiert. Diese künstliche Pore, genannt DpPorA, besteht aus D-Aminosäuren, den Spiegelbildern natürlicher L-Aminosäuren, aus denen Proteine üblicherweise aufgebaut sind.

„Unsere Simulationen lieferten das molekulare Bild, das notwendig war, um zu beweisen, dass diese spiegelbildlichen Poren exakte Gegenstücke ihrer natürlichen Analoga sind“, sagt Prof. Ulrich Kleinekathöfer, Professor für Physik an der Constructor University und Mitautor der Studie.

Proteine aus D-Aminosäuren sind in der Natur selten, bieten jedoch erhebliche Vorteile: Sie sind stabiler, resistenter gegen enzymatischen Abbau und können gezielter mit biologischen Systemen interagieren. In dieser Studie gelang es den Forschenden, durch Anpassung der Ladungsverteilung innerhalb der Porenstruktur Varianten zu erzeugen, die unter unterschiedlichen Salzbedingungen eine erhöhte Leitfähigkeit und Selektivität aufwiesen.

Experimente zeigten, dass diese Poren ein breites Spektrum an Biomolekülen auf Einzelmolekülebene erkennen können, darunter Peptide, zyklische Zucker und Proteine, etwa eines, das im Zusammenhang mit Parkinson-Erkrankungen erforscht wird. Fluoreszenzaufnahmen belegten, dass DpPorA große, flexible Kanäle bildet, die einen größenabhängigen Molekültransport ermöglichen.

Die an der Constructor University durchgeführten molekulardynamischen Simulationen waren entscheidend für den Nachweis der spiegelbildlichen Struktur. Durch den Vergleich der D-Pore mit ihrem natürlichen L-Gegenstück konnte die exakte molekulare Symmetrie bestätigt werden.

„Die Rechenmodelle gaben uns die Gewissheit, dass wir tatsächlich eine echte spiegelbildliche Pore vor uns hatten“, erläutert Dr. Kalyanashis Jana, Postdoktorand in Kleinekathöfers Arbeitsgruppe und gleichberechtigter Erstautor der Publikation.

In Zellstudien zeigten fluoreszenzmarkierte spiegelbildliche Poren eine selektive Wirkung auf Krebszellen, während gesunde Zellen unbeeinträchtigt blieben. Diese Zytotoxizität könnte künftig für zielgerichtete Krebstherapien genutzt werden.

MEDICA.de; Quelle: Constructor University