Identifizierung und Screening anderer Liganden

Anfrage

Die Identifizierung und Charakterisierung von Nicht-Substrat- und Nicht-Inhibitor-Liganden spielt eine zunehmend bedeutende Rolle im Enzym-Engineering, in der Wirkstoffforschung und in der biochemischen Forschung. Über das traditionelle Screening von Substraten und Inhibitoren hinaus bieten diese Liganden – von Aktivatoren und Kofaktoren bis hin zu Faltungsmodulatoren und Strukturstabilisatoren – wesentliche Einblicke in die Enzymfunktion und -regulation. Bei Creative Enzymes bietet unser Service zur Identifizierung und zum Screening anderer Liganden umfassende, datengestützte Lösungen, um diese kritischen molekularen Partner zu entdecken und zu bewerten und Ihre Forschung von der Hypothesenbildung bis zu validierten Ergebnissen zu unterstützen.

Verständnis von „sekundären“ Enzymliganden

Während Substrat–Enzym- und Inhibitor–Enzym-Interaktionen umfassend charakterisiert wurden, sind Enzyme häufig auf ein vielfältiges Netzwerk von Hilfsliganden angewiesen, um effizient zu funktionieren. Diese Liganden – von niedermolekularen Aktivatoren und Metallkofaktoren bis hin zu Faltungshelfern, Chaperonen und Aggregationsmodulatoren – spielen entscheidende Rollen bei der Aufrechterhaltung der Enzymstruktur, -stabilität und des katalytischen Gleichgewichts.

Illustration of an enzyme interacting with multiple cofactors that modulate catalytic activity Abbildung 1. Der Succinat-Dehydrogenase-Komplex mit mehreren Kofaktoren, darunter Flavin, Eisen-Schwefel-Zentren und Häm.

In natürlichen wie auch in konstruierten Systemen können solche Interaktionen die Enzymkinetik, konformationelle Dynamik und die Gesamtleistung des Prozesses maßgeblich beeinflussen. Ein Aktivator kann beispielsweise die Umsatzrate erhöhen, indem er eine katalytisch kompetente Konformation stabilisiert, während ein Kofaktor völlig neue Reaktionswege ermöglichen kann. Umgekehrt kann das Fehlen unterstützender Liganden zu verringerter Aktivität, Aggregation oder Stabilitätsverlust während des industriellen Einsatzes führen.

Trotz ihrer Bedeutung werden diese „sekundären“ Liganden in Standard-Workflows zur Enzymoptimierung häufig zu wenig berücksichtigt, da der Fokus meist auf Substraten und Inhibitoren liegt. Um diese Lücke zu schließen, 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 gewährleistet ein ganzheitliches Verständnis des Enzymverhaltens und ermöglicht es unseren Kunden, die Enzymleistung gezielt zu optimieren, die Formulierungsstabilität zu verbessern und die Entwicklung in der biopharmazeutischen und industriellen Biotechnologie zu beschleunigen.

Unsere Services zur Identifizierung und zum Screening anderer Liganden

Unser Service zur Identifizierung und zum Screening anderer Liganden bietet eine flexible und datengestützte Plattform, die darauf ausgelegt ist, ein breites Spektrum molekularer Interaktionen zu entdecken, die die Enzymleistung beeinflussen.

Service-Details

Zweck und Umfang

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

Kernmethoden

Hochdurchsatz-Screening (HTS): Schnelle Bewertung großer Mengen potenzieller Liganden.
Biophysikalische Charakterisierung: Analyse von Veränderungen in Enzymkonformation, Bindungsaffinität und thermischer Stabilität.
Computergestützte Modellierung: Vorhersage von Ligandeninteraktionen und Verfeinerung der Trefferselektion durch in silico-Analysen.

Abgedeckte Ligandentypen

Kleine organische Moleküle
Metallionen und Kofaktoren
Peptide und proteinbasierte Modulatoren
Chemische Additive und Stabilisatoren

Analytischer Fokus

Überwachung von Veränderungen in Enzymkinetik, Faltungszustand und Aggregationsprofil unter Ligandeneinfluss.
Quantifizierung ligandinduzierter Effekte mittels spektroskopischer, kalorimetrischer und struktureller Methoden.

Ergebnisse und Deliverables

Umfassende Datensätze, die Ligand–Enzym-Interaktionen zusammenfassen.
Mechanistische Einblicke, die eine rationale Enzym-Optimierung und Formulierungsentwicklung leiten.
Praxistaugliche Empfehlungen zur Optimierung der Enzymleistung und Prozessrobustheit.

Service-Workflow

Workflow diagram of Creative Enzymes’ identification and screening process for enzyme-associated ligands

Kontaktieren Sie unser Team

Unsere umfassenden Services

Services	Beschreibung	Preis
Screening von Enzymaktivatoren	Dieser Service konzentriert sich auf die Identifizierung kleiner Moleküle oder Ionen, die die Enzymaktivität durch allosterische Modulation, Stabilisierung des aktiven Zentrums oder strukturelle Verstärkung erhöhen. Durch die Integration kinetischer Assays mit computergestützter Analyse helfen wir, Aktivatoren zu identifizieren, die die katalytische Leistung und Prozesseffizienz steigern.	Angebot anfordern
Bewertung von Kofaktoren und Additiven	Kofaktoren und Additive bestimmen häufig die Funktionalität und Stabilität von Enzymen. Dieser Service bewertet systematisch Kofaktorpräferenzen, Analogen-Effizienz und Formulierungsadditive, um die Enzymleistung unter Zielbedingungen zu optimieren.
Analyse von Enzymaggregation und Oligomerisierung	Das Verständnis von Enzymaggregation und Oligomerisierung ist entscheidend für die Formulierungsstabilität und biologische Aktivität. 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 Faltung und Refaltung von Enzymen unterstützen. Durch die Steigerung der Faltungseffizienz helfen wir unseren Kunden, Ausbeute, Aktivität und Stabilität von Enzymen während Expression und Reinigung zu verbessern.

Warum Creative Enzymes wählen

Umfassende Ligandenabdeckung

Wir gehen über konventionelle Substrate und Inhibitoren hinaus und untersuchen eine breite Palette chemischer und biologischer Entitäten, die die Enzymleistung beeinflussen.

Anpassbare Screening-Plattformen

Flexible Assay-Designs ermöglichen die Untersuchung von Enzymen aus verschiedenen Klassen und Ursprüngen und unterstützen lösliche, membrangebundene und multimerische Systeme.

Integrierte Analytik-Technologien

Wir kombinieren kinetische, thermodynamische und strukturelle Daten durch fortschrittliche Analyseinstrumente wie DSC, ITC, DSF und SPR.

Computergestützte Unterstützung

In silico-Modellierung und molekulares Docking unterstützen die Liganden-Vorhersage, Trefferpriorisierung und Struktur-Funktions-Korrelation.

Experten-Team

Unsere Enzymologie-Spezialisten und Biochemiker verfügen über umfassende Erfahrung in der Entwicklung von Assays, Enzymkinetik und Liganden-Interaktionsstudien.

Zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse

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

Fallstudien und Anwendungen aus der Praxis

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

Fragmentbasiertes Screening wurde eingesetzt, um niedermolekulare Aktivatoren einer bakteriellen Glycosid-Hydrolase (O-GlcNAc-Hydrolase) zu identifizieren – ein seltenes Beispiel für die Entdeckung von Enzymaktivatoren. Mittels ligandenzentrierter NMR fanden Forscher ein Fragment, das die katalytische Effizienz (k_cat/K_M) um etwa 90 % steigerte. Strukturanalysen zeigten, dass der Aktivator nahe dem katalytischen Zentrum bindet und die aktive, „geschlossene“ Konformation des Enzyms stabilisiert. Die Optimierung der ersten Treffer führte zu nicht-essentiellen Aktivatoren, die sowohl K_M als auch V_max modulieren. Diese Ergebnisse zeigen, dass kleine Moleküle die Enzymaktivität steigern – und nicht nur hemmen – können und bieten neue Werkzeuge zur Erforschung der Enzymregulation in Zellen sowie potenzielle Anwendungen zur Steigerung der Glycosid-Hydrolase-Leistung in industriellen Bioprozessen.

Visualization of glycoside hydrolase activity across varying compound concentrations with structural representation of the identified small-molecule activator Abbildung 2. Grafische Zusammenfassung. Niedermolekulare Aktivatoren einer Glycosid-Hydrolase werden durch ein biophysikalisches, fragmentbasiertes Screening identifiziert. In der Kristallstruktur binden die Aktivatoren (gelbes Molekül im Bild) nahe dem katalytischen Zentrum des Enzyms und wirken als nicht-essentielle Aktivatoren. Die Aktivierung erfolgt vermutlich durch Stabilisierung einer substratgebundenen Form des Enzyms. (Darby et al., 2014)

Fall 2: Optimiertes Enzymsystem für die Umwandlung von CO₂ zu Methanol

Die enzymatische Reduktion von Kohlendioxid zu Methanol wurde mit einer Kaskade aus drei Oxidoreduktasen erreicht, die auf NADH als Kofaktor angewiesen sind. Der letzte Schritt – die Umwandlung von Formaldehyd zu Methanol durch Alkoholdehydrogenase – wurde durch kinetisch synchronisierte Kofaktorregeneration mit Glukosedehydrogenase (System I) oder Xylosedehydrogenase (System II) optimiert. Mathematische Modellierung leitete das Design ausgewogener Reaktionsbedingungen zur Maximierung des Kofaktorrecyclings und der Enzymeffizienz. Die experimentelle Validierung bestätigte erhöhte Methanolausbeuten, Umsatzraten und Produktivität über mehrere Zyklen. System II übertraf System I und erzielte 8 mM Methanol mit einem TTN von 160 und einem BPR von 24 μmol CH₃OH/U·h über 6 Stunden.

Enzymatic systems I and II for formaldehyde-to-methanol conversion using cofactor recycling pathways 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 mit diesem Service analysiert werden?

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

A: Ja. Wir können von Kunden bereitgestellte Bibliotheken screenen oder unsere intern kuratierten Substanzsammlungen nutzen, die Kofaktoren, Aktivatoren, Additive und andere chemische Modulatoren umfassen.
F: Wie werden vielversprechende Liganden validiert?

A: Treffer aus dem initialen Screening werden durch Sekundärassays wie Dosis-Wirkungs-Tests, Enzymkinetik und biophysikalische Bindungsstudien erneut bewertet, um Reproduzierbarkeit und funktionelle Relevanz sicherzustellen.
F: Welche Daten erhalte ich nach der Studie?

A: Kunden erhalten einen detaillierten Bericht mit Rohdaten, statistischen Analysen, Assay-Bedingungen und mechanistischen Interpretationen sowie Empfehlungen für die Weiterentwicklung.
F: Wie lange dauert ein typisches Screening-Projekt?

A: Die Projektdauer hängt von der Enzymkomplexität und dem Umfang des Screenings ab, beträgt aber in der Regel 4 bis 8 Wochen von der Assay-Entwicklung bis zum Abschlussbericht.

Referenzen:

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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