Namaak enzym imiteert het natuurlijke
ontgiftingsmechanisme in levercellen
Molybdeenoxidedeeltjes kunnen de rol van het
endogene enzym sulfietoxidase overnemen, basis voor een nieuwe
therapeutische toepassing.
Wetenschappers van de Johannes Gutenberg
universiteit van Mainz in Duitsland hebben ontdekt dat molybdeen
trioxide nanodeeltjes oxideren van sulfiet in sulfaat in de
levercellen, overeenkomstig met het enzym sulfietoxidase. De
gefunctionaliseerde molybdeen trioxide nanodeeltjes kunnen de
celmembranen doorkruisen en accumuleren in de mitochondriën, waar ze
de activiteit van sulfietoxidase kunnen herstellen.
Sulfietoxidase is een molybdeen met enzymen in de mitochondriën van
lever- en niercellen, die de oxidatie van sulfiet naar sulfaat
katalyseren tijdens de proteïne en lipide (vet) stofwisseling en
speelt daarmee een belangrijke rol in de cellulaire
ontgiftingsprocessen.
Een gebrek aan functionele sulfietoxidase is een
zeldzame maar fatale genetische ziekte die neurologische afwijkingen
veroorzaakt als mentale achterstand, fysieke vervormingen en
degeneratie van de hersenen, wat uiteindelijk leidt tot een
vroegtijdige dood. Verschillende behandelingen met dieet of
medicijnen tegen een sulfietoxidase gebrek zijn toegepast met
middelmatig resultaat.
Het feit dat molybdeenoxide werd geintegreerd in
het active gedeelte van het enzym, gaf inspiratie voor de huidige
benadering van het team van wetenschappers onder leiding van prof.
Wolfgang Tremel van het JGU Institute of Inorganic Chemistry and
Analytical Chemistry, evenals dr. Dennis Strand en prof. Susanne
Strand van het Department of Internal Medicine of the Mainz
University Medical Center.
Verlaagde niveaus van sulfietoxidase kunnen gezondheidsproblemen
veroorzaken, zelfs voor in andere opzichten gezonde mensen. Daarbij,
sulfiet wordt gebruikt als conserveringsmiddel in voedsel etc., rode
wijn, druivensap of augurken in een pot. Mensen met een laag
sulfietoxidase niveau reageren met symptomen als vermoeidheid,
astma, verlaagd bloedsuikergehalte, of hoofdpijn.
Met hun studie begeven de onderzoekers uit Mainz zich op
wetenschappelijk onbekend terrein, want tot nu toe zijn er maar een
paar onderzoeken bekend over enzymatisch actieve nanodeeltjes. "Het
is inderdaad verbazingwekkend, dat simpele anorganische nanodeeltjes
een enzymatische activiteit kunnen nabootsen," zegt Ruben Ragg,
hoofdauteur van deze studie.
In een eerder onderzoek hebben prof. Wolfgang
Tremel en zijn team laten zien dat vanadiumoxide nanodraden een
enzymatisch aangezette aangroeiwerende werking bevatten die schepen
beschermt tegen de invasie van micro organismen uit zee. "Het is een
al lang bestaand doel in de scheikunde om namaak enzymen te
produceren die de essentiële en algemene princpes van natuurlijke
enzymen imiteren," voegt Tremel toe.
Er is toenemend bewijs dat nanodeeltjes kunnen
fungeren als imitaties van enzymen. Van sommige nanomaterialen is
bekend dat ze enzym-achtige activiteiten vertonen, maar het kenmerk
van de chemische eigenschappen van het enzym zou moeten zijn om
transformaties in cellen te katalyseren in aanwezigheid van andere
rivaliserende reacties. Dit is moeilijk tot stand te brengen, omdat
het compatibiliteit vereist met andere cellulaire reacties die onder
soortgelijke omstandigheden en aantallen werkzaam zijn. Zodoende
zijn namaak enzymen niet alleen nuttig om het reactiemechanisme van
oorspronkelijk aanwezige enzymen te begrijpen, maar ook voor
toekomstige toepassingen als therapeutisch middel.
Tegelijkertijd zou het gebruik van molybdene
nanodeeltjes meerdere voordelen kunnen bieden. "Molybdene
oxidedeeltjes zijn aanzienlijk goedkoper en stabieler dan genetisch
geproduceerde enzymen," voegt dr. Filipe Natalio toe,
samenwerkingspartner van de Martin Luther universiteit in
Halle-Wittenberg. Natalio ontwerpt nieuwe materialen die complexe
structuren uit de natuur kunnen nabootsen door een breed scala van
kennis bijeen te brengen, van materiaalkunde tot biologie en
scheikunde. De volgende stap in het project zal zijn om te testen of
de enzym activiteit van de nanodeeltjes in dienst gesteld kan worden
van levende organismen.
Vertaling: Ellen Lam
