I'm a protein designer. And I'd like to discuss a new type of medicine. It's made from a molecule called a constrained peptide.
Fehérjetervező vagyok. Újfajta gyógyszerről fogok beszélni. Merev szerkezetű, mozgásában gátolt peptidmolekulából készül.
There are only a few constrained peptide drugs available today, but there are a lot that will hit the market in the coming decade. Let's explore what these new medicines are made of, how they're different and what's causing this incoming tidal wave of new and exciting medicines.
Ilyen peptidből ma csak pár gyógyszer létezik, de egy évtizeden belül rengeteg kerül belőle piacra. Nézzük, miből készülnek, miben mások, és mi az oka az új és kiváló gyógyszerek szökőárjának?
Constrained peptides are very small proteins. They've got extra chemical bonds that constrain the shape of the molecule, and this makes them incredibly stable as well as highly potent. They're naturally occurring, our bodies actually produce a few of these that help us to combat bacterial, fungal and viral infections. And animals like snakes and scorpions use constrained peptides in their venom.
A merev szerkezetű, mozgásában gátolt peptidek apró fehérjék. Több vegyi kötésük van, melyek korlátozzák a molekula alakját, ezzel elképesztően stabillá, egyben erősen hatásossá válnak. A természetben előfordulnak, pl. testünk is termel jó párat belőlük, melyek elősegítik a bakteriális, gombás és vírusfertőzések elleni küzdelmet. Kígyók és skorpiók mérgében is vannak efféle peptidek.
Drugs that are made of protein are called biologic drugs. So this includes constrained peptides, as well as medicines like insulin or antibody drugs like Humira or Enbrel. And in general, biologics are great, because they avoid several ways that drugs can cause side effects.
A fehérjékből készült gyógyszereket biológiai gyógyszereknek hívjuk. Közéjük tartoznak ezek a peptidek, továbbá pl. az inzulin vagy az antitest gyógyszerek, pl. a Humira vagy az Enbrel. A biológiai termékek nagyszerűek, mert velük a gyógyszerek okozta számos mellékhatás elkerülhető.
First, protein. It's a totally natural, nontoxic material in our bodies. Our cells produce tens of thousands of different proteins, and basically, all of our food has protein in it. And second, sometimes drugs interact with molecules in your body that you don't want them to. Compared to small molecule drugs, and by this I mean regular drugs, like aspirin, biologics are quite large.
Először: a fehérje. Teljesen természetes, testünkben megtalálható nem mérgező anyag. Sejtjeink több ezer féle fehérjét állítanak elő, és minden élelmiszerünkben van belőlük. Másodszor: a gyógyszerek és testünk molekulái néha hatnak egymásra, ami nem kívánatos. A kismolekulájú gyógyszerekhez képest – itt a hagyományosakra, pl. az aszpirinre gondolok – a biológiaiak elég nagyok.
Molecules interact when they adopt shapes that fit together perfectly. Much like a lock and key. Well, a larger key has more grooves, so it's more likely to fit into a single lock. But most biologics also have a flaw. They're fragile. So they're usually administered by injection, because our stomach acid would destroy the medicine if we tried to swallow it.
A molekulák kölcsönhatásba lépnek, mikor tökéletesen összeillő alakot öltenek. Mint a zár és a kulcsa. A nagyobb kulcson több rovátka van, így valószínűbb, hogy egyetlen zárba illeszkedik. De a biológiai termékek nem tökéletesek. Kényesek. Általában injekcióval adják be, mert a gyomorsav elbomlasztaná őket, ha lenyelnénk.
Constrained peptides are the opposite. They're really durable, like regular drugs. So it's possible to administer them using pills, inhalers, ointments. This is what makes constrained peptides so desirable for drug development. They combine some of the best features of small-molecule and biologic drugs into one. But unfortunately, it's incredibly difficult to reengineer the constrained peptides that we find in nature to become new drugs.
Az említett peptidek viszont ellenállók, mint a hagyományos gyógyszerek. Tablettával, inhalátorral, kenőccsel beadhatók. E peptideket ez teszi vonzóvá a gyógyszerkutatás számára. Ötvözik a kismolekulájú és a biológiai gyógyszerek legkedvezőbb tulajdonságait. Ám sajnos pokoli nehéz a természetben lévő effajta peptideket új gyógyszerekké átalakítani.
So this is where I come in. Creating a new drug is a lot like crafting a key to fit a particular lock. We need to get the shape just right. But if we change the shape of a constrained peptide by too much, those extra chemical bonds are unable to form and the whole molecule falls apart. So we needed to figure out how to gain control over their shape.
Én itt kerülök a képbe. Új gyógyszer készítése olyan, mint mikor kulcsot készítünk, amelynek egyetlen zárba kell illeszkednie. Tökéletes alakúnak kell lennie. De ha a szóban forgó peptidek alakját túlságosan módosítjuk, képtelenek kialakulni a plusz kötések, és a molekula szétesik. Rá kellett jönnünk, hogyan szabályozzuk az alakjukat.
I was part of a collaborative scientific effort that spanned a dozen institutions across three continents that came together and solved this problem. We took a radically different approach from previous efforts. Instead of making changes to the constrained peptides that we find in nature, we figured out how to build new ones totally from scratch. To help us do this, we developed freely available open-source peptide-design software that anyone can use to do this, too.
Részt vettem abban a tudományos együttműködésben, amely három földrész tucatnyi intézetét fogta össze, s amely végül megoldotta a feladatot. A korábbiakhoz képest gyökeresen másként oldottuk meg a feladatot. A természetben lévő efféle peptidek alakváltoztatása helyett rájöttünk, hogyan hozhatunk létre újakat az alapokból. Ehhez nyílt forráskódú ingyenes peptidtervező szoftvert dolgoztunk ki, amellyel bárki építhet molekulát.
To test our method out, we generated a series of constrained peptides that have a wide variety of different shapes. Many of these had never been seen in nature before. Then we went into the laboratory and produced these peptides. Next, we determined their molecular structures, using experiments. When we compared our designed models with the real molecular structures, we found that our software can position individual atoms with an accuracy that's at the limit of what's possible to measure. Three years ago, this couldn't be done. But today, we have the ability to create designer peptides with shapes that are custom-tailored for drug development.
Módszerünk kipróbálására egy sor merev szerkezetű, mozgásában gátolt peptidet gyártottunk, amelyek a legkülönbözőbb alakúak. Zömükkel soha nem találkoztunk a természetben. Aztán a laborunkban állítottuk őket elő. Végül kísérleti úton meghatároztuk molekulaszerkezetüket. Mikor összevetettük megtervezett modelljeinket a valódi molekulák szerkezetével, kiderült, hogy szoftverünk az egyes atomokat a mérési pontossággal egyező precizitással képes elhelyezni. Három éve ez elképzelhetetlen volt. De ma képesek vagyunk peptideket tervezni, melyek alakját a gyógyszerfejlesztéshez méretre szabhatjuk.
So where is this technology taking us? Well, recently, my colleagues and I designed constrained peptides that neutralize influenza virus, protect against botulism poisoning and block cancer cells from growing. Some of these new drugs have been tested in preclinical trials with laboratory animals. And so far, they're all safe and highly effective.
Hová vezet e technológia? Nemrég munkatársaimmal együtt olyan peptidet terveztünk, amely hatástalanítja az influenzavírust, megóv a mérgező botulizmustól, és megakadályozza ráksejtek szaporodását. Az új gyógyszerek közül párat preklinikai vizsgálattal laborállatokon teszteltek. Eddig mindegyik biztonságos és hatékony.
Constrained peptide design is a cutting-edge technology, and the drug development pipeline is slow and cautious. So we're still three to five years out from human trials. But during that time, more constrained peptide drugs are going to be entering the drug development pipeline. And ultimately, I believe that designed peptide drugs are going to enable us all to break free from the constraints of our diseases.
A merev szerkezetű, mozgásában gátolt peptid tervezése csúcstechnológia, a fejlesztési folyamat lassú és óvatosságot igénylő. Még három-ötévnyire vagyunk a humán kísérletektől. De az idő alatt sok ilyen peptid kerül a gyógyszerkutatási folyamatba. Meggyőződésem, hogy az említett peptidből készült gyógyszerek lehetővé teszik, hogy kiszabaduljunk a betegségek okozta korlátok közül.
Thank you.
Köszönöm.
(Applause)
(Taps)