Prof.Dr. Göksel Şener

   Bu Ödüle Başvurduğunuz Çalışma / Uygulama / Projenin Adını Yazınız:
   Beta-laktoglobulinden Türetilen Biyoaktif Peptitlerin SARS-CoV-2'ye (COVID-19) Karşı Etkinliğinin Araştırılması: in silico analiz
   Bu Ödüle Başvurduğunuz Uygulama / Proje Hakkında Bilgi Veriniz:
   2019 yılının sonlarında Çin'in Vuhan kentinde başlayan SARS-CoV-2’nin neden olduğu koronavirüs hastalığı (COVID-19) kısa sürede salgın haline gelmiş ve tüm dünyaya yayılarak pandemi ilan edilmiştir. Hastalığın etkeni olarak tanımlanan corona virüsü 2002-2003 yıllarında ortaya çıkan pandemi nedeni olan SARS-CoV’a benzerliği nedeni ile SARS-CoV-2 olarak isimlendirilmiştir. Salgın nedeniyle artan ölümler karşısında gerek hastalığı önleme gerekse tedavi amaçlı arayışlar hızla artmıştır. Öncelikle virüs yapısı belirlenmiş ve iki temel yaklaşım ile SARS-CoV-2'ye karşı hedef belirlenmiştir. Biri doğrudan virüsü nötralize etmek, diğeri ise SARS-CoV-2'nin bağlanacağı konakçı hücre zarı reseptörlerini inhibe etmektir. SARS-CoV-2'nin başak proteini (S), bir trimerik transmembran glikoproteinidir ve konakçı hücreyi tanıyarak virüsün hücreye girişine aracılık eder. Bu S proteini üzerinde konakçı hücre reseptörü ile bir bağlama alanı (S1) ve virüs ve konak hücre zarlarının entegrasyonuna aracılık eden bir alan (S2) vardır. SARS-CoV-2'nin hücrelere girmesi için konakçı hücre proteazları, konakçı akciğer hücre zarında bulunan kalsiyum bağımlı bir serin endopeptidaz olan furin, SARS-CoV-2'nin S1/S2 bölünme bölgesini etkileyerek S proteininin bölünmesi ile S2 alanını açıkta bırakır; bu durum SARS-Cov-2'nin hücrelere iletimi daha da kolaylaştırır. Bu nedenle furin proteazın inhibisyonunun, COVID-19’a karşı mücadelede umut verici bir yaklaşım olabileceği düşünülmektedir. Diğer bir hedef olan ana proteaz ise yine SARS-CoV-2'ye karşı en iyi araştırılmış ilaç hedeflerinden biridir. Serin proteazlara benzer özelliklere sahip olan viral ana proteaz homodimer yapıdadır. Dimerik formunu stabilize eden ekstra bir alana da sahiptir. Proteolitik parçalanmaya neden olan ana proteaz viral replikasyonda görevlidir. Dolayısı ile, ana proteazın aktif bölgesine bağlanan bir inhibitör, virüs replikasyonunun inhibisyonunu sağlayacaktır. Konak hücredeki furin proteaz ve konakçıdaki (SARS CoV-2) ana proteaz enzimleri geliştirmeyi planladığımız biyoaktif peptit içerikli inhibitör için iki önemli hedeftir. Bu proteazlar dışında anjiyotensin dönüştürücü enzim (ADE) reseptörü de çalışmamızın hedeflerindendir. Yaklaşık 20 yıl önce keşfedilen ADE 2 enziminin anjiyotensin (1–7) düzeylerini arttırdığı gösterilmiştir ADE 2 ve ADE enzimleri biyokimyasal olarak benzer protein dizilerini paylaşırlar, ancak substratları farklıdır. Anjiyotensin 1, ADE 2 tarafından anjiyotensin 1-9'a ve ardından ADE tarafından anjiyotensin 1-7'ye dönüşürken, anjiyotensin II, ADE2 enzimi ile anjiyotensin 1-7'ye dönüşür. Anjiyotensin 1-7, anjiyotensin II'ye karşı zıt etkileri olan, endotelyal nitrik oksit sentaz (e-NOS) artışına ve böylece vazodilatasyon ve antiinflamatuvar etkileri ile kardiyoprotektif etki sağlayan bir peptiddir. SARS-CoV 2’nin ADE 2 ile bağlanması hem onun hücreye girişine aracılık etmekte ve hem de ADE 2’nin kardiyoprotektif etkilerinin inhibisyonu sonucu hastalığın ağır seyretmesine neden olmaktadır. SARS-CoV-2'nin hücreye girişine aracılık eden diğer bir yolak, virüsün başak glikoproteini ile transmembran proteini olan dipeptidil peptidaz-4 (DPP-4 yada CD26 olarak bilinir) bağlanmasıdır. Bu bilgi DPP-4 inhibitörlerinin virüsün hücreye girişini azaltıcı potansiyeli olduğunu düşündürmüştür. Nitekim diyabetik hastalarda fazla miktardaki DPP4 ler aracılığı ile inkretin hormonların parçalanması kan şekerinin yükselmesine neden olmaktadır. Diyabetiklerdeki upregüle DPP4 viral girişin de yoğun olmasına dolayısıyla hastalığın ağır seyretmesine nedendir. Çalışmamızın çıkış noktası yukarıda verilen hedeflere etkili bir ajan ile virüsle savaşmaktır. Süt proteinleri yaklaşık olarak %80 kazein ve %20 peynir altı suyu (whey) proteinlerinden oluşur. Bu fraksiyonların hidrolizi ile bir çok peptit açığa çıkar. Kazein bazlı peptitlerin sağlık üzerine olumlu etkileri ile ilgili birçok çalışma olmasına rağmen, peynir altı suyu proteinlerinin peptitleri henüz tam olarak karakterize edilmemiştir. Peynir altı suyu biyoaktif peptitlerinin, in vitro ADE inhibitör aktivitesi ve in vivo antihipertansif etkiler yoluyla kardiyovasküler sistem için faydalı olduğu bilinmektedir. Ayrıca keçi sütü kazeininden elde edilen bir DPP-4 inhibitörünün sinir sistemi, bağışıklık sistemi ve endokrin sistemi üzerinde etkili olduğu gösterilmiştir. Çalışmamızda, keçi sütü kaynaklı beta laktoglobulinin enzimatik hidrolizi ile elde edilen biyoaktif peptitlerin SARS-CoV-2'nin başak proteini ve ana proteazı üzerindeki olası inhibitör etkileri ve ADE, furin ve DPP-4 enzimleri üzerindeki inhibitör etkileri in silico yaklaşımlar kullanılarak analiz edildi. Keçi sütü kaynaklı beta laktoglobinden elde edilen aşağıda açıklanan 2 biyoaktif peptid molekülünün (ALPMHIR ve IPAVFK) SARS-COV2 ye karşı hedeflediğimiz furin, ana proteaz, ADE ve DPP-4 enzimlerine bağlanması çalışmamızın en önemli bulgularıdır.
   Uygulama ya da Projenizde Yenilikçi/İnovatif ve Farklılık Yaratan, Ölçülebilir ve İzlenebilir Başlıca Unsurlar Nelerdir?
   Çalışmalarımıza COVID-19 pandemisinin ilk aylarında başlanmış ve keçi sütünden elde edilen beta laktoglobulinin enzimatik hidrolizi ile elde edilen biyoaktif peptitlerin SARS-CoV 2’nin neden olduğu COVID-19’u önlemesi ve tedavisi üzerine kurulmuştur. Yukarıda anlatıldığı gibi viral yapının belirlenmesi, virüsün giriş kapılarının aydınlatılmasını takiben doğal bir gıda bileşeni olarak beta laktoglobulinden türetilen biyoaktif peptitlerin hedef moleküllerle (furin, ana proteaz, ADE ve DPP4 enzimleri) ile bağlanma özellikleri farklı programlar kullanarak analiz edildi. In silico araştırma için moleküler yerleştirme programları olarak pepATTRACT, HPEPDOCK ve GalaxyPepDock programları kullanılmıştır. Kullanılan programlarda beta-laktoglobulin proteininden tripsin hidroliziyle elde edilen 6 farklı peptit(ALPMHIR, IPAVFK, GLDIQK, IIAEK, EALEK ve TPEVDK) molekülünün en iyi yerleştirme skorlarına göre SARS-COV-2 tedavisinde, ALPMHIR ve IPAVFK peptitlerinin önemli bir potansiyele sahip olduğu tespit edilmiştir. Peptit moleküllerinin ACE ve DPP-4 inhibitör özellikleriyle ilgili BIOPEP ve pepsite2 programları, toksisite ve bazı karakteristik özellikleri için ToxinPred programı kullanılmıştır. Literatürde yer alan çalışmaların hiçbirinde keçi sütü kaynaklı peptitlerden bahsedilmemektedir. Peynir altı suyu proteinlerinin SARS-CoV üzerine olası etkileri ile ilgili derlemeler mevcut olmasına rağmen ürüne dönük hiçbir AR-Ge çalışmasına rastlanmamıştır. Bu çalışmamızda amacımız öncelikle keçi sütü kaynaklı peptitlerin elde edilerek hedef yapılarla bağlanabilirliğinin in silico olarak gösterilmesiydi. Ve bu hedef gerçekleştirildi. Bu temel üzerine gelecekte de keçi sütü kaynaklı bir nutrasötik geliştirilmesi ile hem SARS-CoV-2 üzerine inhibitör etkili, hem de konakçı enzimlerine spesifik olacak bir ürünün geliştirilmesi planlanmıştır. Dolayısı ile çalışmamız in silico analiz ile tespit edilen etkilerin in vitro ve in vivo şartlarda gösterilmesi keçi sütü kaynaklı betalaktoglobulin ve peptitlerini içeren nutrosötik için ilaca giden yolun açılmasını sağlamıştır. Çalışmamız, ülkemizde ve bilim dünyasında yeni ve kapsamlı çalışmaların başlamasına neden olacaktır.   Projenin yenilikçi yönü; keçi sütünden elde edilen beta laktoglobinden türetilen aşağıda metod detayı açıklanan 2 biyoaktif peptid molekülünün (ALPMHIR ve IPAVFK) SARS-COV2 ye karşı hedeflediğimiz furin, ana proteaz, ADE ve DPP-4 enzimlerine bağlanabileceğinin gösterilmiş olmasıdır. Bu bağlanma çalışmada in silico gösterilmiş olup gelecek ileri in vitro ve in vivo çalışmalar ile desteklenmek üzere projelendirlmektedir. Çalışmanın ana moleküllerinin (biyoaktif peptidler) doğal kaynaklı olması ve bu moleküllerle yapılmış başka çalışmanın olmaması çalışmanın yenilikçi yönünü ortaya koymaktadır. Keçi sütü ülkemiz kaynaklarından olup, ürüne dönüştürülen formlar ile bir katma değer yaratacaktır. Keçi sütünün insan sağlığı üzerine olan etkileri ile ilgili yapılan araştırma sayısının az olması nedeniyle keçi sütü araştırma-geliştirme açısından yenilikçi yönünü günümüzde halen korumaktadır. Keçi sütü tozu içerikli bebek mamaları mevcut olmakla birlikte sadece beta-laktoglobulin ve peptidlerini içeren bir ürün henüz piyasada bulunmamaktadır. Bu çalışmanın ulusal kazanıma katkıları: 1-Keçi sütü kaynaklı immünoregülatör etkili bir nutrasötik geliştirilecek olması, 2- Keçi sütü kaynaklı beta-laktoglobulin ve peptidlerinin nutrosötik olarak daha önce kullanılmamış olması ve yenilik içermesi. 3- Hazırlanacak oral formülasyonun daha önce COVID-19 üzerine ve immün sistem üzerine etkilerinin in vitro veya in vivo olarak tespit edilmemiş olması nedeniyle ülkemizde ve bilim dünyasında yeni ve kapsamlı çalışmaların başlamasına neden olmasıdır. Elde edilen mevcut sonuçlar ışığında moleküllerin ürün geliştirilme potansiyeli önemli bir başarı niteliği taşımaktadır. Kaynakça; Trabuco LG, Lise S, Petsalaki E, et al. Nucleic Acids Res. 2012;40, W423–7. Gupta S, Kapoor P, Chaudhary K, et al. PloS One 20138, e73957. Minkiewicz P, Dziuba J, Iwaniak A, et al. J AOAC Int. 2008; 91, 965–80. Schindler CEM, de Vries SJ, Zacharias M. Structure 2015; 23, 1507–15. Zhou P, Jin B, Li H, et al. Nucleic Acids Res. 2018; 46, W443–50. Lee H, Heo L, Lee MS, et al. Nucleic Acids Res. 2015; 43, W431–5. Ahmed I, Hasan M, Akter R, et al. PLoS One. 2020; 15, e0243706. Kamarli Altun H, Karacil Ermumcu MS, Seremet Kurklu N. Health Nutr. 2021; 24:861-869. Chen L, Chen S, Gui C, et al. J Biomol Screen. 2006; 11:915-21. Li J, Wang X, Chen J, et al. JAMA Cardiol. 2020; 5:825-30.  
   Sizce Bu Ödülün Neden Size Verilmesi Gerektiğini Açıklayınız:
   Günümüzde doğal kaynaklı pek çok ürünün hastalıkları oluşmadan önce önleme amacı ile kullanıldığı veya medikal tedaviye katkı sağladığı bilinmektedir. Ancak COVID-19’un önlenmesinde ve/veya tedavisinde oral kullanıma yönelik olarak hazırlanmış ve etkinliği bilimsel olarak gösterilmiş bir nutrasötik henüz bulunmamaktadır. Bu çalışmada keçi sütü kaynaklı beta-laktoglobulin proteinini ve peptitlerini içeren ve COVID-19’un gerek önlenmesi ve gerekse tedavisine katkı sağlayabilecek hedef moleküller araştırılmış ve etki potansiyeli yüksek iki molekül bulunmuştur. Çalışma bu anlamda ödüle adaydır. Çalışmamızda elde edilen peptitler için “Keçi Sütünden Elde Edilen Beta-Laktoglobulin ve Beta-Laktoglobulin Türevi Peptid Ürünleri” başlığı ile patent başvurusu yapılmıştır (Patent Başvuru No: 2021/004831). Keçi sütü ülkemizde var olan önemli bir gıda kaynağıdır ve keçi sütünden elde edilen beta-laktoglobulini ve peptitlerini içeren bir nutrasötik beklenen amaca hizmet edecek önemli bir gelişmedir. Çalışmamızın sonuçları, doğal kaynaklı böyle bir ürünün immünoregülatör etkilerinin belirlenmesi ile SARS-COV-2 dahil enfeksiyon hastalıklarını önlemede etkili bir gıda takviyesi özellikle oral kullanıma yönelik kullanım potansiyeli yüksek ürüne dönüşüm için temeli oluşturmaktadır. Daha önce gıda takviyesi olarak sığırdan elde edilmiş lipozomal formda laktoferrin içeren şurubun COVID-19 enfeksiyonunun tedavisi için önemli olabilecek olası antiviral, immünoregülatör ve antiinflamatuvar etkilere sahip olduğu gösterilmiştir. COVID-19’un önlenmesi ve tedavisi üzerine olumlu özelliklerini tespit ettiğimiz bu çalışmamız keçi sütü kaynaklı beta-laktoglobulini ve peptitlerinin enfeksiyon hastalıklarının önlenmesi ve tedavisinde kullanılabilir bir nutrasötik olma potansiyelini desteklemektedir. Yapılan bir çalışmada COVID-19’a karşı bitkisel ürün kullanım oranı %57,6 ve koruyucu gıda takviyeleri ve bitkisel ürünlerin kombine halde kullanım oranı ise %11,2 olarak tespit edilmiştir. Türkiye’de diyetisyenler ile yapılan bir çalışmada, görüşleri alınmış ve COVID-19’dan korunmak için kullanılan gıda takviyesi oranının % 94,5 olduğu tespit edilmiştir. Türkiye’de genel olarak gıda takviyesi kullanımın oranının %13 olduğu ve kullanıcıların %39’unun sağlık amacıyla gıda takviyesi kullandığı da 2017 yılında yapılan Gıda Takviyesi Kullanım Araştırmasında belirtilmiştir (IPSOS Sosyal Araştırmalar Enstitüsü, 2021). Viral enfeksiyonlardaki bağışıklığın desteklenmesinde C ve D vitaminlerinin kullanılması ile ilgili çok sayıda klinik araştırma mevcut olup bu araştırmaların ışığında kullanılması önerilmektedir. Çinko kullanımına yönelik veriler daha az sayıdadır. Omega 3 gibi gıda takviyelerinin ise özellikle viral enfeksiyon esnasında oluşan ağır akciğer enfeksiyonlarında faydalı olabileceği bildirilmektedir. Çalışmamış uluslararası saygın bir Farmakoloji dergisi olan “European Journal of Pharmacology” (IF: 3.170; Q1) dergisinde yayınlanmıştır.