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Wenn Sie nach dem Unterschied zwischen Peptiden und Proteinen suchen, lautet die kurze Antwort „Größe“.

Beide, Peptide und Proteine, bestehen aus Aneinanderreihungen der Grundbausteine des Körpers – Aminosäuren – und werden durch Peptidbindungen zusammengehalten. Grundsätzlich besteht der Unterschied darin, dass Peptide aus kürzeren Aminosäureketten bestehen als Proteine.

Die Definition und die Art und Weise, wie Wissenschaftler die einzelnen Begriffe verwenden, ist jedoch etwas uneinheitlich. In der Regel enthält ein Peptid zwei oder mehr Aminosäuren. Um die Sache noch etwas komplizierter zu machen, sprechen Wissenschaftler oft von Polypeptiden – einer Kette von 10 oder mehr Aminosäuren.

Dr. Mark Blaskovich vom Institute for Molecular Bioscience (IMB) an der University of Queensland in Australien sagt, dass die Grenze zwischen einem Peptid und einem Protein bei etwa 50-100 Aminosäuren liegt. Die meisten Peptide, die im menschlichen Körper vorkommen, sind jedoch viel kürzer – Ketten von etwa 20 Aminosäuren.

Es gibt auch eine wichtige Peptidvariante, das Zyklotid. Wie das Peptid und das Protein besteht auch das Cyclotid aus einer Kette von Aminosäuren, aber im Gegensatz zu den anderen sind die Enden eines Cyclotids zu einem Kreis zusammengefügt.

Wie wir weiter unten erörtern werden, ist diese Struktur wichtig für die Herstellung von therapeutischen Medikamenten auf Peptidbasis.

Als Proteine bezeichnen Biochemiker im Allgemeinen große Peptidmoleküle, die entweder aus einer langen Kette von 100 oder mehr Aminosäuren bestehen – ein „komplexes Polypeptid“, wenn Sie so wollen – oder aus mehreren miteinander verbundenen Aminosäureketten.

Hämoglobin, das in Ihren roten Blutkörperchen vorkommt und für den Sauerstofftransport unerlässlich ist, ist ein solches Protein. Es besteht aus vier verschiedenen Aminosäureketten – zwei mit je 141 Aminosäuren und zwei mit je 146 Aminosäuren.

Warum Peptide das „nächste große Ding“ in der medizinischen Forschung sind

Biochemiker sind begeistert von den Möglichkeiten, die Peptide und Proteine als Arzneimittel bieten, weil sie so oft genau das Verhalten eines natürlichen Liganden nachahmen – die Substanz, die mit dem Rezeptor eines Enzyms oder einer Zelle interagiert, um einen biologischen Prozess auszulösen.

Dadurch können Peptid-Arzneimittel gezielter eingesetzt werden und haben weniger Nebenwirkungen als niedermolekulare Medikamente.

Im Körper gibt es viele verschiedene Hormone, die mit Zellen reagieren und verschiedene biologische Prozesse auslösen. Oft handelt es sich dabei um Peptide, entweder in zyklischer oder in gerader, linearer Form.

Und dann ist da noch die Frage, wie schnell sich das Peptid abbaut, was einige Stabilitätsprobleme verursacht, aber in Bezug auf die Sicherheit ein Vorteil sein kann.

„Wir glauben, dass Peptide die Zukunft der Arzneimittel sind, weil sie selektiver, wirksamer und potenziell sicherer sind, denn wenn ein Peptid schließlich abgebaut wird, zerfällt es einfach in Aminosäuren, und Aminosäuren sind im Grunde genommen Nahrung“, sagt Professor David Craik, der die Clive and Vera Ramaciotti Facility for Producing Pharmaceuticals in Plants des IMB leitet.

Es gibt auch Überlegungen zur Herstellung, die Peptide attraktiv machen – ihre Länge erlaubt es, sie chemisch zu synthetisieren, im Gegensatz zu Proteinen, die im Allgemeinen in Hefe- oder Säugetierzellen exprimiert werden.

Das sind also Peptide. Welche Anwendungen gibt es für Proteine?

Die vielversprechendste Anwendung von Proteinen sind Antikörper, die selbst eine Form von Protein sind.

Insbesondere im Bereich der Krebsbekämpfung gibt es viele Antikörper, die entweder in der Klinik eingesetzt werden oder sich in der Entwicklung befinden. Zwei bekannte Beispiele sind Herceptin (Trastuzumab) zur Behandlung von Brustkrebs und Humira (Adalimumab) zur Behandlung von rheumatoider Arthritis und anderen Autoimmunerkrankungen.

Der Vorteil der Verwendung von Proteinen ist derselbe wie bei der Verwendung von Peptiden als Arzneimittel – sie ahmen etwas nach, das im Körper natürlich vorkommt, oder ersetzen etwas, das fehlt oder beschädigt ist.

Im Falle von Antikörpern verwenden Medikamente auf Proteinbasis die gleiche Strategie, die der Körper anwendet, um Dinge zu erreichen. Auf diese Weise kann das Medikament die erforderliche Spezifität bieten, während gleichzeitig die Off-Target-Effekte vermieden werden, die ein Medikament mit kleinen Molekülen haben kann und die zu schlechten Nebenwirkungen führen.

Wann werden wir neue Medikamente auf Peptidbasis sehen?

Die Stabilität kann ein Problem sein, da Peptide sehr schnell abgebaut werden können, was bedeutet, dass es schwierig sein kann, einem Patienten ein Peptid zu verabreichen.

Und für den Körper sind Peptide und Proteine im Grunde nur Nahrung, was die Verabreichung von Peptidmedikamenten in oraler Form recht schwierig macht, da der Körper sie sofort verdaut.

„Deshalb versuchen Arzneimittelentwickler oft, von einem Peptid auszugehen und es stattdessen mit einem kleinen Molekül zu imitieren, weil das kleine Molekül potenziell bessere Eigenschaften für ein Medikament hat, wobei das kleine Molekül länger im Körper verbleibt und oral verabreicht werden kann“, so Dr. Blaskovich.

Die Herausforderung besteht jedoch darin, das kleine Molekül dazu zu bringen, das Peptid zu imitieren.

„Die Pharmaindustrie gibt Milliarden aus, um dies zu erreichen“, fügte Dr. Blaskovich hinzu. „Wenn man also in der Lage ist, Medikamente zu entwickeln, die Peptide sind, anstatt sie in kleine, nicht-peptidische Moleküle umzuwandeln, dann ist das möglicherweise ein viel schnellerer Weg, um ein starkes, selektives und geeignetes Medikament zu entwickeln.“

Die pharmazeutische Industrie ist nach wie vor skeptisch, vor allem wegen der Stabilitätsproblematik, aber auch wegen der Schwierigkeit, oral verabreichte Peptide durch die Darmbarriere in den Blutkreislauf zu bringen.

Aber die intravenöse und subkutane Anwendung von Peptiden als Arzneimittel wird immer häufiger. Es gibt etwa 60 von der FDA zugelassene Peptidmedikamente auf dem Markt, etwa 140 Peptidmedikamente befinden sich in der klinischen Erprobung und über 500 in der präklinischen (vor der Erprobung am Menschen) Entwicklung.

Es gibt auch landwirtschaftliche Anwendungen

Die Stabilität von Peptiden ist zwar eine Herausforderung, die bei der Verwendung am Menschen überwunden werden muss, aber sie ist ein zweischneidiges Schwert und kann bei einigen landwirtschaftlichen Anwendungen ein Vorteil sein. Die Geschwindigkeit des Abbaus von Peptiden, die als Insektizide oder Fungizide verwendet werden, bedeutet, dass sie in der Umwelt nicht überdauern werden.

Die Schaffung einer größeren Stabilität von Peptiden kann also in beide Richtungen wirken.

Wenn die Stabilität des Peptids maßgeschneidert werden kann, dann kann es so gestaltet werden, dass es lange genug hält, um auf die Pflanzen zu wirken, aber dann auch abgebaut wird.

Das bedeutet, dass es nicht die langfristigen Probleme verursachen würde wie beispielsweise DDT, das Hunderte von Jahren wirken kann.

Warum sind Experten so begeistert von Peptid-Medikamenten?

Cyclotide – der Schwerpunkt von Craiks Arbeit – haben ein großes Potenzial, das Problem der Stabilität von Peptidmedikamenten zu lösen.

Da sie strukturell einen Kreis bilden, haben Cyclotide nicht den Schwachpunkt loser Enden, die den Abbau durch unsere Verdauungsenzyme beschleunigen. Sie werden außerdem durch mehrere ineinandergreifende Querverbindungen stabilisiert, die eine kompakte, sehr stabile Struktur bilden.

Blaskovichs Gruppe arbeitet an zwei vielversprechenden peptidbasierten Antibiotika, um die zunehmende Antibiotikaresistenz zu bekämpfen.

Das erste ist die Verbesserung des Glykopeptid-Antibiotikums Vancomycin (Peptide mit Zuckermolekülen), indem man versucht, es zu einem Super-Vancomycin zu machen, das selektiver auf Bakterienzellen wirkt. Dieser Ansatz geht von Vancomycin als Kern aus, dem zusätzliche Gruppen hinzugefügt werden, um selektiv mit der Bakterienzelle anstelle einer Säugetierzelle zu interagieren.

Das Ziel ist es, seine Wirksamkeit bei der Abtötung von Bakterien zu erhöhen und die unerwünschten Nebenwirkungen, die es auf menschliche Zellen hat, zu verringern.

Das zweite Forschungsprogramm ist die Entwicklung von Antibiotika, die Gram-negative Bakterien angreifen – die im Allgemeinen als die am schwierigsten zu bekämpfenden gelten. Bei diesen Peptiden handelt es sich um zyklische Lipopeptide (Peptide mit einer angehängten Fettsäure oder einem Lipid) mit acht bis zehn Aminosäuren.

Sie haben vielleicht schon ein Medikament auf Peptidbasis eingenommen

Eines der bekanntesten Medikamente auf Peptidbasis ist Exenatid, das unter dem Namen Byetta vermarktet wird. Es wird zur Kontrolle des Blutzuckerspiegels bei Patienten mit Typ-2-Diabetes eingesetzt.

Es wirkt, indem es die Insulinproduktion als Reaktion auf Mahlzeiten erhöht und ist eine synthetische Form des Peptids, das im Gift des Gila-Monsters – einer in den USA und Mexiko beheimateten Gifteidechse – vorkommt.

Es handelt sich um ein lineares Peptid mit 39 Aminosäuren, das vor etwa 10 Jahren entwickelt wurde und inzwischen weit verbreitet ist.