Naukowcy z University of Kentucky opracowali nową wersję bakteryjnego enzymu katalizującego reakcję hydrolizy kokainy. Mutant E196-301 esterazy kokainy (CocE) posiada lepsze właściwości fizykochemiczne w porównaniu do jego naturalnego pierwowzoru. Dłuższy czas półtrwania enzymu i polepszona wydajność katalityczna budzi nadzieje na wykorzystanie CocE do leczenia zarówno przedawkowań kokainy, jak i uzależnień od tego narkotyku. Rezultaty badań opublikowano w czerwcu na łamach ACS Chemical Biology.

Bakteryjna esteraza kokainy to najsilniejszy z naturalnie występujących enzymów zdolnych
do hydrolizy kokainy. Pierwotnie izolowano go z bakterii zasiedlających gleby w pobliżu występowania kokainowych krzewów Erythroxylum coca. Minęło ponad dwadzieścia lat
od zidentyfikowania szczepów bakterii z rodzaju Rhodococcus i Stenotrophomonas, które wykorzystują cząsteczkę kokainy jako główne źródło węgla i azotu. Od samego początku odkrycie CocE budziło wiele nadziei na wykorzystanie tego enzymu w leczeniu przedawkowań i uzależnień od kokainy. Niestety, typ dziki białka charakteryzuje się niską stabilnością w temperaturze 37 °C (okres półtrwania to zaledwie 12 minut). Szybki rozpad esterazy stanowi główną przeszkodę w jej zastosowaniu terapeutycznym. W związku z tym, na przestrzeni ostatnich lat powstało wiele mutantów białka CocE o ulepszonej termostabilności, a wyzwaniem dla biotechnologów jest zachowanie przy tym wysokiej aktywności modyfikowanego enzymu.

Zespół z University of Kentucky zaprojektował model białka CocE, który charakteryzuje się znacznie dłuższym okresem półtrwania w temperaturze ciała człowieka – ponad 100 godzin
w warunkach in vitro. Efekt ten uzyskano dzięki wprowadzeniu za pomocą mutagenezy ukierunkowanej dodatkowych wiązań disulfidowych stabilizujących dimerową strukturę białka.  Mutant E196-301 został też zabezpieczony przed zbyt wczesną eliminacją z organizmu poprzez pegylację, czyli kowalencyjne przyłączenie do białka cząsteczki glikolu polietylenowego, PEG.
Jest to technika popularnie stosowana w celu poprawienia właściwości farmakokinetycznych leków peptydowych: zmniejszenia immunogenności, antygenowości, przedłużenia czasu cyrkulacji we krwi i zmniejszenia klirensu nerkowego.

Testy na myszach dowiodły wysokiej efektywności terapeutycznej zmutowanej esterazy kokainy. Jedna dawka leku pozwoliła uchronić myszy przed efektami śmiertelnej dawki kokainy, serwowanej zwierzętom w odstępach 24-godzinnych przez okres nawet 4 dni. Żadne inne badania
i doniesienia nie dowiodły jak dotąd lepszego czasu ochrony przed skutkiem zażycia takiej dawki kokainy, która w normalnych warunkach powoduje śmierć zwierzęcia.

Wcześniejsze badania nad innymi wersjami bakteryjnej CocE dostarczyły dowodów na osłabienie przyjemności odczuwanej po zażyciu przez myszy narkotyku, jak również zmniejszenie u nich objawów uzależnienia. Wnioski te budzą nadzieje na wykorzystanie esterazy nie tylko jako środka odtruwającego w przypadku przedawkowania kokainy, ale też do leczenia uzależnień. Dłuższy okres półtrwania CocE wiąże się z zablokowaniem odczuwania efektów zażycia narkotyku. Mogłoby to zapobiec sięganiu po kolejne, niestymulujące dawki kokainy. Z drugiej strony istnieje niebezpieczeństwo, że uzależniony mógłby w takim przypadku dozować jeszcze większe dawki, bądź sięgać po inne rodzaje narkotyków.

Chang-Guo Zhan, lider projektu, jest także współautorem publikacji z 2009 roku, w której zaprezentowano model bakteryjnej esterazy o sześciogodzinnym okresie półtrwania w temperaturze 37 ºC. Dziś, skuteczność terapii tym białkiem sprawdzana jest już w II fazie badań klinicznych, sponsorowanych przez firmę Reckitt Benckiser Pharmaceuticals.

Zhan podkreśla na łamach portalu sciencenews.org, jak istotne dla prowadzenia terapii może okazać się wydłużenie okresu półtrwania w nowo opracowanym mutancie  E196-301. „Im dłuższy okres półtrwania, tym rzadziej zachodzi konieczność podawania dawki leczniczej enzymu”- mówi.
W tym samym raporcie swoją opinie wyraża prof. James Woods, farmakolog z University of Michigan, członek amerykańskiej organizacji ASPET, zrzeszającej grono naukowców i lekarzy zajmujących się szeroko pojętą farmakologią. Ostrzega, że samo leczenie farmakologiczne nie wystarczy do zwalczania uzależnień od kokainy. Skuteczna terapia powinna łączyć stosowanie leku z działaniami mającymi na celu zmiany zachowania pacjenta oraz ograniczeniu negatywnego wpływu środowiska, w którym się znajduje. Niemniej deklaruje: „To jedno z najbardziej ekscytujących doniesień które pojawiło się w trakcie mojej kariery. Jest ono imponujące ze względu na fakt, że tak skuteczny lek udało się pozyskać ze stosunkowo pospolitych bakterii”.