Bioinformatica stimulează descoperirea peptidelor terapeutice bioactive din mediul marin
Organismele marine au evoluat un arsenal remarcabil de peptide de apărare a gazdelor, adaptându-se la condiții de variabilitate extremă și expunere constantă la patogeni.
Aceste molecule, în general definite ca fiind lanțuri scurte de 2 până la 20 de resturi de aminoacizi, au devenit un punct focal pentru biomedicină, știința alimentelor și știința materialelor. O revistă publicată în Chinese Journal of Natural Medicines oferă o imagine de ansamblu integrată asupra modului în care peptidele bioactive marine sunt produse, purificate și evaluate, precum și despre modul în care bioinformatica transformă procesul de descoperire.
Producția de peptide a depășit cu mult extracția clasică cu solvenți și hidroliza chimică. Solvenții eutectici adânci ecologici au permis recuperarea peptidei de colagen din pielea de cod cu eficiențe de extracție de 96%, în timp ce hidroliza enzimatică și fermentația microbiană facilitează eliberarea țintită a secvențelor bioactive. De exemplu, fermentarea fâșiei de scoică cu o tulpină de Bacillus din zone montane a dus la obținerea heptapeptidei FEDPEFE, reducând costurile de producție cu până la 50%. Odată eliberate, peptidele sunt separate prin metode precum separația pe membrane, cromatografia în moduri multiple și electroforeza capilară, iar cromatografia lichidă de înaltă performanță cu fază inversă nano-cuplată cu spectrometria de masă de înaltă rezoluție permite acum secvențierea precisă a peptidei de urme din hidrolizate complexe.
Revista analizează șase categorii principale de activitate. Peptidele antiinflamatorii, cum ar fi PCP3 derivat din ficocianină, acționează prin căile Akt și AMPK/autofagie. Tripeptida SRP din Sipunculus nudus atenuează leziunile renale induse de cadmiu prin semnalizarea MAPK. Peptidele antimicrobiene din peștii de gheață antarctici și alte specii perturbă membranele bacteriene și se leagă de ADN-ul microbian, oferind candidați împotriva patogenilor rezistenți la medicamente. Peptidele antioxidante neutralizează radicalii liberi și modulează semnalizarea Keap1/Nrf2. Peptidele anticancerigene, cum ar fi MP06 din alge verzi, induc apoptoza în celulele de cancer pulmonar non-mic celular. Peptidele antihipertensive, precum LEPWR și TLRFALHGME, inhibă enzima de conversie a angiotensinei cu o potență de micromolaritate, iar peptidele antidiabetice îmbunătățesc controlul glicemic prin inhibiția DPP-IV și activarea căilor PI3K/AKT și AMPK.
Un aspect central al cercetării este ascensiunea bioinformaticii. Proteoliza virtuală, utilizând BIOPEP, PeptideCutter și EnzymePredictor, permite cercetătorilor să selecteze secvențe candidate înainte de a trece la lucrările de laborator. Platformele de predicție structurală, cum ar fi AlphaFold2, ESMFold și RoseTTAFold, generează acum modele tridimensionale de înaltă încredere pentru designul ghidat de structură, iar autorii subliniază AlphaFold3 ca un instrument promițător. Modelarea relației cantitative structură-activitate, analiza tiparelor de reziduuri și dockingul molecular, validate prin teste de schimbare termică celulară și rezonanță plasmonică de suprafață, completează stratul computațional care leagă secvența de funcție.
Pe partea de traducere, piața globală a peptidelor marine a fost evaluată la aproximativ 310 milioane USD în 2023, cu o rată compusă anuală de creștere de 6,7%. Cu toate acestea, doar un număr mic de medicamente peptidice marine, cum ar fi ziconotida pentru durerea cronică severă și plitidepsin pentru mielomul multiplu, au obținut aprobat, iar mai mulți candidați promițători au fost abandonați din cauza toxicității sau a farmacocineticii nefavorabile. Autorii susțin că strategii precum ciclizarea, substituția cu aminoacizi D, PEGilarea, conjugarea cu peptide care penetrează celulele și optimizarea proprietăților ADME conduse de AI, împreună cu analiza multi-omică și sistemele de livrare inteligente, pot transforma peptidele marine din candidați de laborator în medicamente de nouă generație, alimente funcționale și nutraceutice.
