A szójabab inhibitorai ellenállnak a természetes és exogén proteázoknak, és megakadályozzák a szójafehérje teljes emésztését. A szójadarában lévő tripszin-inhibitorok inaktiválásának hatékonyabbá és gazdaságosabbá tétele afféle Szent Grál a takarmányiparban.
A POLARISqbis csapata komoly haladást ért el egy teljesen új megközelítéssel. Az észak-carolinai székhelyű cég (amelynek neve a Polaris Quantum Biotech rövidítése), kvantumszámítástechnikai és nagy molekuláris adatokat felhasználva épít inaktív peptideket.
A vállalat egy olyan takarmány-adalékanyagon végzett kutatást, amely inaktiválja a tripszin inhibitorokat, ezt a munkát részben a vállalat által a tavasszal bejelentett Soy Innovation Challenge 2022-es díjának elnyerése révén kapott finanszírozás támogatja. Ez egy évente megrendezésre kerülő verseny, amelyet két amerikai szervezet, a United Soybean Board és a The Yield Lab Institute rendezi, amely elismeri a start-upok és társaik innovatív munkáját.
„Ez az első takarmány-adalékanyaggal kapcsolatos projektünk, és nagyon izgatottak vagyunk az eddigi eredmények miatt” – magyarázza Dr. Shahar Keinan, a POLARISqb vezérigazgatója és társalapítója. A cég körülbelül 3 évvel ezelőtti indulása óta már eddig is elképesztő sikereket ért el, és 15 projektet valósított meg más vállalatokkal való együttműködésben. A takarmányadalékkal kapcsolatban Keinan hozzáteszi: „Csak tavasszal kezdtünk el dolgozni rajta, amikor beküldtük a Challenge-díjat, és a két előzetes tervezet már készen áll a tesztelésre”.
Mik azok a tripszin inhibitorok?
Röviden összefoglalva, a szójadara-inhibitorok komoly problémát jelentenek, mivel ellenállnak a természetes és exogén proteázoknak, és megakadályozzák a szójafehérje teljes emésztését.
Termelési és fenntarthatósági akadályt jelentenek, mivel, ha nem lennének jelen, akkor a halak, brojlercsirkék és akvakultúra-fajok esetében nagyobb húsgyarapodás (vagy tojótyúkok és tejelő szarvasmarhák/kecskék/bivalyok/juhok esetében jobb tojás- vagy tejtermelés) lenne az eredménye ugyanannak a takarmánymennyiségnek a biztosításával. Emellett kevesebb nitrogén kerülne a környezetbe a takarmányban lévő, nem teljesen megemésztett fehérje formájában – olvasható a Magyar Szója és Fehérjenövény Egyesület összefoglalójában.
A szójabab mind a Kunitz-, mind a Bowman-Birk tripszin-inhibitorokat tartalmazza (ez a 2 csoport elsősorban molekulatömegükben különbözik egymástól). Amint azt kanadai és indiai kutatók megerősítik a Food Production, Processing and Nutrition című szakfolyóiratban nemrégiben megjelent tanulmányukban, egyik inhibitor sem inaktiválható könnyen a takarmány hőkezelésével, a diszulfidhidaknak nevezett molekuláris struktúrák jelenléte miatt.
Ahogy azt egy kutatócsoport elmagyarázta, a Journal of Food Science-ben megjelent cikkükben, a szójabab tripszininhibitorok inaktiválására szolgáló egyéb módszerek (a hőkezelésen kívül) az ultraszűrés, az extrúzió, az ultrahang, a sugárkezelés, az áztatás, a kémiai eljárások, a magas hidrosztatikus nyomás és a D.I.C. technológia.
Hogyan működik a technológia?
Akár peptid hatóanyagot, takarmány-adalékanyagot vagy más típusú biokémiai anyagot „tervezünk”, a POLARISqb eljárás ugyanaz. A kvantumszámítási lehetőségek és a mesterséges intelligencia (AI) algoritmusok segítségével a csapat először azonosítja és feltérképezi a fehérjében azt a területet, amelyet megcéloz, majd ezt lefordítja egy matematikai konstrukcióra.
Az algoritmus ezután ezt a tervrajzot veszi alapul, és optimalizált keresést végez nagy molekuláris adatbázisok között, amelyet a kvantumszámítási kapacitás támogat, amely akár 1030 (ez tíz a harmincadikon, ahol a 10-est 30 nulla követi, más néven „kvintillió”) aminosav és más szerves kémiai anyag kombinációját is képes feldolgozni, amelyek összeállítva a kívánt molekulaszerkezetet eredményezik. A kvantumszámítógép azonban más szempontokat is figyelembe vesz.
„A kombinációnak viszonylag könnyen és gazdaságosan szintetizálhatónak kell lennie, az aminosavaknak képesnek kell lenniük egymáshoz és más darabokhoz kapcsolódni, hogy felépítsék a peptidet – magyarázza Keinan. – A kvantumszámítás előnye, hogy gyorsan meg tudjuk vizsgálni a különböző építési utakat, és ezek közül ki tudjuk választani a legmegfelelőbbet.”
Széleskörű elemzés
Minél több molekula szerepel a molekulajelöltek kiindulási adatbázisában, annál nagyobb az esélye annak, hogy a kívánt kombinációt megtalálják. A POLARISqb csoport kifejtette, hogy az alacsony molekulatömegű molekulák (vagy vegyi anyagok) száma (aminosavak stb.) nagyon nagy, körülbelül 1065 számú.Az új szerek felfedezése olyan, mintha aranyat keresnénk. Bárhol lehetnek, számos tényezőtől függően, és a kihívás az, hogy az adott célnak megfelelőt találjuk meg.
„Ez a tartomány magában foglal minden olyan molekulát, amelyet valaha is szintetizáltak, vagy szintetizálni fognak a jövőben, beleértve az összes jelenlegi és jövőbeli molekuláris hatóanyagot – jegyzi meg a csapat. – A kvantumszámítógépek használata azt jelenti, hogy egyre nagyobb méretű könyvtárakat vizsgálhatunk meg, valamint testre szabottakat is készíthetünk az egyes célfehérje-profilokhoz. A kvantumszámítástechnika lehetőséget kínál arra, hogy felgyorsítsa a szerek, hatóanyagok és takarmány-adalékanyagok felfedezésének idejét, olyan ajtókat kinyitva, amelyek új kezelésekhez, gyógymódokhoz, sokkal fenntarthatóbb állattenyésztéshez és sok máshoz vezethetnek.”
Maurice Benson, a POLARISqb vezető szoftvermérnöke hozzáteszi, hogy az általa és csapata által használt kvantumszámítógépeket annealereknek nevezik. Ezek csak egy problémakört oldanak meg. Léteznek kvantumkapu számítógépek is, amelyek több feladatot oldanak meg, de ezek még nem állnak készen a gyártásra. A POLARISqb által használt annealer egy kanadai szerveren található. Jelenleg a rendszer egy 1030 molekulából álló könyvtárat képes kezelni. Korábban a korlátozott számítási teljesítmény miatt a kutatók csak kis könyvtárakat tudtak átnézni, ami lassabbá és költségesebbé tette a preklinikai jelöltek megtalálásának folyamatát.
Miután a kvantumszámítás elkészült, és megvan a peptid tervezete, a tudósok elküldik a kész peptid előállításának kézikönyvét egy kiválasztott, peptidszintézisre szakosodott cégnek. Ezek a cégek robotrendszerek segítségével peptideket állítanak elő aminosavak és más szerves molekuladarabokok megfelelő sorrendben történő hozzáadásával.
Takarmány-adalékanyagok
Mint már említettük, a POLARISqb takarmányadalék létrehozása esetében már találtak 2 olyan potenciális peptidszerkezetet, amelyet a Kunitz tripszin inhibitorhoz kötnek majd a szójában. Most olyan partnereket keresnek, akik érdeklődnek e 2 előzetes szerkezet kidolgozása és tesztelése iránt.
„Az előttünk álló munka fogja meghatározni, hogy ezek közül a konstrukciók közül alkalmas-e valamelyik takarmányadalékanyag-gyártásra, például, hogy hőtűrőek-e, és stabil formában maradnak-e, amíg az állatokat meg nem eszik – mondja Keinan. – A győztesnek továbbá megvalósítható költséggel kell előállíthatónak lennie.”
(Fotó: Pixabay)
