Identifizierung und Screening weiterer Liganden

Anfrage

Die Identifizierung und Charakterisierung von Liganden, die weder Substrate noch Inhibitoren sind, gewinnt in der Enzymtechnik, der Wirkstoffforschung und der biochemischen Forschung zunehmend an Bedeutung. Über das klassische Substrat- und Inhibitoren-Screening hinaus liefern diese Liganden – von Aktivatoren und Kofaktoren bis hin zu Faltungsmodulatoren und Strukturstabilisatoren – essenzielle Erkenntnisse zur Enzymfunktion und -regulation. Bei Creative Enzymes bietet unser Service zur Identifizierung und zum Screening weiterer Liganden umfassende, datenbasierte Lösungen zur Entdeckung und Bewertung dieser kritischen molekularen Partner und unterstützt Ihre Forschung von der Hypothesengenerierung bis zu validierten Ergebnissen.

Enzymatische „sekundäre“ Liganden verstehen

Während Substrat–Enzym- und Inhibitor–Enzym-Interaktionen umfassend charakterisiert wurden, sind Enzyme für eine effiziente Funktion häufig auf ein vielfältiges Netzwerk unterstützender Liganden angewiesen. Diese Liganden – von niedermolekularen Aktivatoren und Metallkofaktoren bis hin zu Faltungshelfern, Chaperonen und Aggregationsmodulatoren – spielen eine entscheidende Rolle für die Aufrechterhaltung von Enzymstruktur, Stabilität und katalytischem Gleichgewicht.

Illustration eines Enzyms, das mit mehreren Kofaktoren interagiert, die die katalytische Aktivität modulieren Abbildung 1. Der Succinat-Dehydrogenase-Komplex mit mehreren Kofaktoren, darunter Flavin, Eisen-Schwefel-Zentren und Häm.

Sowohl in natürlichen als auch in gentechnisch optimierten Systemen können solche Interaktionen die Enzymkinetik, konformationelle Dynamik und die Gesamtleistung eines Prozesses maßgeblich beeinflussen. So kann ein Aktivator die Umsatzrate erhöhen, indem er eine katalytisch kompetente Konformation stabilisiert, während ein Kofaktor vollständig neue Reaktionswege ermöglichen kann. Umgekehrt kann das Fehlen unterstützender Liganden zu verminderter Aktivität, Aggregation oder Stabilitätsverlust während der industriellen Anwendung führen.

Trotz ihrer Bedeutung werden diese „sekundären“ Liganden in standardisierten Workflows zur Enzymoptimierung häufig unzureichend berücksichtigt, da der Fokus meist auf Substraten und Inhibitoren liegt. Vor diesem Hintergrund hat Creative Enzymes eine umfassende Plattform entwickelt, die biochemische Assays, Hochdurchsatz-Screening und computergestützte Modellierung integriert, um solche Liganden systematisch zu identifizieren und zu bewerten. Dieser Ansatz ermöglicht ein ganzheitliches Verständnis des Enzymverhaltens und unterstützt Kunden dabei, die Enzymleistung gezielt zu optimieren, die Formulierungsstabilität zu erhöhen und Entwicklungszeiten sowohl in biopharmazeutischen als auch in industriell-biotechnologischen Anwendungen zu verkürzen.

Unsere Services zur Identifizierung und zum Screening weiterer Liganden

Unser Service Identifizierung und Screening weiterer Liganden bietet eine flexible, datenbasierte Plattform, die darauf ausgelegt ist, ein breites Spektrum molekularer Interaktionen aufzudecken, welche die Enzymperformance beeinflussen.

Leistungsumfang

Zielsetzung und Umfang

Identifizierung von Liganden jenseits von Substraten und Inhibitoren, die Enzymaktivität, -stabilität und -struktur beeinflussen.
Unterstützung vielfältiger Forschungsziele, z. B. Steigerung der katalytischen Effizienz, Verbesserung des Faltungsverhaltens und Minimierung von Aggregation.

Kernansätze

Hochdurchsatz-Screening (HTS): Schnelle Bewertung einer großen Anzahl potenzieller Liganden.
Biophysikalische Charakterisierung: Bewertung von Veränderungen in Enzymkonformation, Bindungsaffinität und thermischer Stabilität.
Computational Modeling: Vorhersage von Ligandeninteraktionen und Optimierung der Hit-Auswahl durch in silico-Analysen.

Abgedeckte Ligandentypen

Niedermolekulare organische Verbindungen
Metallionen und Kofaktoren
Peptide und proteinbasierte Modulatoren
Chemische Additive und Stabilisatoren

Analytischer Fokus

Monitoring von Veränderungen der Enzymkinetik, des Faltungszustands und des Aggregationsprofils unter Ligandeneinfluss.
Quantifizierung ligandeninduzierter Effekte mittels spektroskopischer, kalorimetrischer und struktureller Methoden.

Deliverables und Ergebnisse

Umfassende Datensätze zur Zusammenfassung von Ligand–Enzym-Interaktionen.
Mechanistische Erkenntnisse zur Unterstützung rationaler Enzymtechnik und des Formulierungsdesigns.
Praxisorientierte Empfehlungen zur Optimierung der Enzymleistung und der Prozessrobustheit.

Service-Workflow

Workflow-Diagramm des Identifizierungs- und Screening-Prozesses von Creative Enzymes für enzymassoziierte Liganden

Kontaktieren Sie unser Team

Unsere umfassenden Services

Services	Beschreibung	Preis
Screening von Enzymaktivatoren	Dieser Service fokussiert auf die Identifizierung niedermolekularer Verbindungen oder Ionen, die die Enzymaktivität durch allosterische Modulation, Stabilisierung des aktiven Zentrums oder strukturelle Verstärkung erhöhen. Durch die Integration kinetischer Assays mit computergestützten Analysen unterstützen wir die Identifizierung von Aktivatoren, die die katalytische Leistung und Prozesseffizienz steigern.	Angebot anfordern
Bewertung von Kofaktoren und Additiven	Kofaktoren und Additive bestimmen häufig die Enzymfunktionalität und -stabilität. Dieser Service bewertet systematisch Kofaktorpräferenzen, die Effizienz von Analoga sowie Formulierungsadditive, um die Enzymleistung unter Zielbedingungen zu optimieren.
Analyse von Enzymaggregation und Oligomerisierung	Das Verständnis von Enzymaggregation und Oligomerisierung ist sowohl für die Formulierungsstabilität als auch für die biologische Aktivität entscheidend. Unsere Analyse nutzt biophysikalische und biochemische Methoden, um zu bewerten, wie Liganden, Puffer und Additive die Enzymassemblierung und das Aggregationsverhalten beeinflussen.
Identifizierung von Enzym-Faltungshelfern	Dieser Service identifiziert molekulare Chaperone, Osmolyte und chemische Faltungshilfen, die die korrekte Enzymfaltung und Refaltung unterstützen. Durch die Verbesserung der Faltungseffizienz helfen wir Kunden, Ausbeute, Aktivität und Stabilität während Expression und Aufreinigung zu erhöhen.

Warum Creative Enzymes

Umfassende Ligandenabdeckung

Wir gehen über konventionelle Substrate und Inhibitoren hinaus und untersuchen ein breites Spektrum chemischer und biologischer Entitäten, die die Enzymleistung beeinflussen.

Anpassbare Screening-Plattformen

Flexible Assay-Designs eignen sich für Enzyme unterschiedlicher Klassen und Herkunft und unterstützen lösliche, membranassoziierte und multimerische Systeme.

Integrierte Analytik-Technologien

Wir kombinieren kinetische, thermodynamische und strukturelle Daten mithilfe fortschrittlicher Analytik wie DSC, ITC, DSF und SPR.

Computational Support

In silico-Modellierung und molekulares Docking unterstützen die Ligandenvorhersage, Hit-Priorisierung und Struktur–Funktions-Korrelation.

Erfahrenes wissenschaftliches Team

Unsere Spezialisten für Enzymologie und Biochemie verfügen über umfangreiche Erfahrung in Assay-Entwicklung, Enzymkinetik und Studien zu Ligandeninteraktionen.

Zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse

Strenge Qualitätskontrollen und Validierungsschritte gewährleisten die Genauigkeit, Konsistenz und wissenschaftliche Stringenz aller experimentellen Ergebnisse.

Fallstudien und Anwendungen aus der Praxis

Fall 1: Entdeckung selektiver niedermolekularer Aktivatoren einer bakteriellen Glykosid-Hydrolase

Ein fragmentbasiertes Screening wurde eingesetzt, um niedermolekulare Aktivatoren einer bakteriellen Glykosid-Hydrolase (O-GlcNAc-Hydrolase) zu identifizieren – ein seltenes Beispiel für die Entdeckung von Enzymaktivierung. Mittels ligandbeobachteter NMR identifizierten Forschende ein Fragment, das die katalytische Effizienz (k_cat/K_M) um etwa 90 % erhöhte. Strukturstudien zeigten, dass der Aktivator in der Nähe des katalytischen Zentrums bindet und die aktive, „geschlossene“ Konformation des Enzyms stabilisiert. Die Optimierung der initialen Hits führte zu nicht-essentiellen Aktivatoren, die sowohl K_M als auch V_max modulieren. Diese Ergebnisse belegen, dass kleine Moleküle die Enzymaktivität steigern – und nicht nur hemmen – können. Dies eröffnet neue Werkzeuge zur Untersuchung der enzymatischen Regulation in Zellen sowie potenzielle Anwendungen zur Leistungssteigerung von Glykosid-Hydrolasen in industriellen Bioprozessen.

Visualisierung der Glykosid-Hydrolase-Aktivität über verschiedene Substanzkonzentrationen mit struktureller Darstellung des identifizierten niedermolekularen Aktivators Abbildung 2. Grafisches Abstract. Niedermolekulare Aktivatoren einer Glykosid-Hydrolase werden mittels biophysikalischem fragmentbasiertem Screening identifiziert. In der Kristallstruktur ist zu erkennen, dass die Aktivatoren (gelbes Molekül im Bild) nahe am katalytischen Zentrum des Enzyms binden und sich als nicht-essentielle Aktivatoren verhalten. Die Aktivierung erfolgt möglicherweise durch Stabilisierung einer substratgebundenen Form des Enzyms. (Darby et al., 2014)

Fall 2: Optimiertes Enzymsystem zur Umwandlung von CO₂ zu Methanol

Die enzymatische Reduktion von Kohlendioxid zu Methanol wurde mittels einer Kaskade aus drei Oxidoreduktasen realisiert, die NADH als Kofaktor benötigen. Der letzte Schritt – die Umwandlung von Formaldehyd zu Methanol durch Alkoholdehydrogenase – wurde durch kinetisch synchronisierte Kofaktorregeneration optimiert, entweder mit Glukosedehydrogenase (System I) oder Xylosedehydrogenase (System II). Mathematische Modellierung leitete die Auslegung ausgewogener Reaktionsbedingungen zur Maximierung des Kofaktor-Recyclings und der Enzymeffizienz. Die experimentelle Validierung bestätigte erhöhte Methanolausbeuten, Turnover-Zahlen und Produktivität über wiederholte Zyklen. System II übertraf System I und lieferte 8 mM Methanol mit einer TTN von 160 und einer BPR von 24 μmol CH₃OH/U·h über 6 Stunden.

Enzymatische Systeme I und II zur Umwandlung von Formaldehyd zu Methanol unter Nutzung von Kofaktor-Recyclingwegen Abbildung 3. Umwandlung von CHOH zu CH₃OH gekoppelt mit in situ-NADH-Kofaktorregeneration: System I mit Glukosedehydrogenase (GDH) und System II mit Xylosedehydrogenase (XDH). (Marpani et al., 2017)

FAQs zu unseren Services

F: Welche Enzymtypen können in diesem Service analysiert werden?

A: Unsere Plattform unterstützt eine breite Palette von Enzymen, darunter Oxidoreduktasen, Hydrolasen, Transferasen und Synthetasen. Sowohl lösliche als auch membranassoziierte Formen können bewertet werden.
F: Kann ich meine eigene Ligandenbibliothek für das Screening bereitstellen?

A: Ja. Wir können kundenseitig bereitgestellte Bibliotheken screenen oder unsere intern kuratierten Substanzkollektionen einsetzen, die Kofaktoren, Aktivatoren, Additive und weitere chemische Modulatoren umfassen.
F: Wie werden vielversprechende Liganden validiert?

A: Hits aus dem initialen Screening werden mittels Sekundärassays wie Dosis-Wirkungs-Tests, Enzymkinetik und biophysikalischen Bindungsstudien erneut geprüft, um Reproduzierbarkeit und funktionelle Relevanz sicherzustellen.
F: Welche Daten erhalte ich nach Abschluss der Studie?

A: Kunden erhalten einen detaillierten Bericht einschließlich Rohdaten, statistischer Auswertungen, Assay-Bedingungen und mechanistischer Interpretation sowie Empfehlungen für die weitere Entwicklung.
F: Wie lange dauert ein typisches Screening-Projekt?

A: Die Projektdauer hängt von der Enzymkomplexität und dem Screening-Umfang ab, liegt jedoch typischerweise zwischen 4 und 8 Wochen – von der Assay-Entwicklung bis zum Abschlussbericht.

Literatur:

Darby JF, Landström J, Roth C, He Y, Davies GJ, Hubbard RE. Discovery of selective small‐molecule activators of a bacterial glycoside hydrolase. Angew Chem Int Ed. 2014;53(49):13419-13423. doi:10.1002/anie.201407081
Marpani F, Sárossy Z, Pinelo M, Meyer AS. Kinetics based reaction optimization of enzyme catalyzed reduction of formaldehyde to methanol with synchronous cofactor regeneration. Biotech & Bioengineering. 2017;114(12):2762-2770. doi:10.1002/bit.26405

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Projektbeschreibung:

Nur für Forschungs- und Industriezwecke. Nicht für den persönlichen Gebrauch bestimmt. Bestimmte Produkte in Lebensmittelqualität eignen sich für die Formulierungsentwicklung in Lebensmitteln und verwandten Anwendungen.

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