Śledzenie aktywności molekularnej produktów naturalnych przy jednoczesnym opracowywaniu ich nowych wersji
Chemicy nazywają czasem związki i substancje wytwarzane przez organizmy żywe produktami naturalnymi (NP). Zrozumienie procesu organicznego wytwarzania NP umożliwia ich manipulację i modyfikację w procesie biosyntezy. Procesy te są niezwykle ważne w kontekście postępów w medycynie, ponieważ mają kluczowe znaczenie dla opracowywania produktów farmaceutycznych. Celem inicjatywy C-XAQ było wsparcie tych wysiłków ze szczególnym uwzględnieniem wykorzystania fluorowców w roli znaczników umieszczanych wewnątrz molekuł. Naukowcy wykazali, że wprowadzenie fluorowca może odbyć się w drodze manipulacji naturalnej struktury wspomnianych cząsteczek. Po wprowadzeniu fluorowiec pełni rolę reaktywnego znacznika, który może być modyfikowany. Nowe, łagodne, wodne i selektywne procesy chemiczne sprzęgania krzyżowego pozwoliły zespołowi wybiórczo zróżnicować cząsteczki organiczne, zapewniając szybki dostęp do zróżnicowanej gamy nowych NP niewystępujących w naturze. Projektowanie optymalnych warunków umożliwiających modyfikację Tryptofan jest aminokwasem o krytycznym znaczeniu dla biosyntezy białek w organizmach żywych, niezbędnym do podtrzymywania życia. Ponieważ bierze on też udział w produkcji wielu NP ważnych z medycznego punktu widzenia, sądzono, że manipulowanie procesami odpowiedzialnymi w jego przypadku za fałdowanie białka, fluorescencję i bioaktywność może dostarczyć informacji niezwykle cennych dla nauk medycznych. Podczas gdy inne aminokwasy aromatyczne zostały szczegółowo zbadane, przed wkładem wniesionym przez laboratorium Goss Group, który doprowadził do powstania projektu C-XAQ, tryptofan nie był przedmiotem równie szeroko zakrojonych prac. Zespół projektu C-XAQ opracował metody chemiczne pozwalające na zastąpienie C–X (znacznika węgiel–fluorowiec) zróżnicowanym wachlarzem substancji alternatywnych. Udało się tego dokonać zarówno w obrębie wiązania X–tryptofan, jak i niewystępującego w naturze, fluorowcowanego antybiotyku wyprodukowanego z bakterii. Jak wyjaśnia koordynatorka projektu, dr Rebecca Goss: „Ten stopień kontroli pozwala przechwytywać, oznaczać i modyfikować cząsteczki bioaktywne już w momencie ich wytworzenia przez komórki. Może też umożliwić śledzenie związków chemicznych, a ostatecznie – modulację właściwości biologicznych”. Co więcej, aby lepiej zrozumieć potencjał antybiotyku, beneficjentka programu stypendialnego Marie Curie, dr Cristina Pubill-Ulldemolins, wraz ze wspieranym przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych zespołem dr Goss przyjrzała się wpływowi wody i powietrza na cykl katalityczny, a następnie oceniła jego oddziaływanie na podłoża hodowlane bakterii. Zespół zbadał również toksyczne skutki działania katalizatorów i odczynników na wyhodowane komórki bakteryjne, co w praktyce oznaczało możliwość optymalizacji warunków katalizy. Przygotowano także nowe podłoża hodowlane wspierające produkcję antybiotyku bez negatywnego wpływu na katalizę. Zdaniem dr Goss był to najtrudniejszy etap projektu. Jak relacjonuje: „Wymagało to opracowania warunków podłoża zarówno spełniających wymogi żywych komórek, jak i kompatybilnych z odpowiednimi substancjami chemicznymi. Odkryliśmy optymalną metodę wspierającą rozwój mikroorganizmów i produkcję fluorowcowanych produktów naturalnych bez uszczerbku dla wydajności sprzęgania krzyżowego metodą Suzukiego-Miyaury”. Zespół dowiódł, że składniki powszechnie stosowane w podłożach hodowlanych dla bakterii, takie jak glukoza, aminokwasy, a nawet glicerol negatywnie wpływają na reakcje sprzęgania krzyżowego. Zaproponowane przez naukowców innowacyjne rozwiązanie polegało na zastąpieniu tradycyjnych składników substancjami alternatywnymi, które umożliwiają rozwój mikroorganizmów, nie hamując aktywności katalitycznej, na przykład poprzez zastosowanie soli azotanów jako źródła azotu. Z korzyścią dla badania i opracowywania nowych leków Procesy chemiczne udoskonalone przez zespół inicjatywy C-XAQ umożliwiły modyfikację wrażliwych produktów naturalnych. Wdrożenie tej procedury w organizmach żywych pomoże zapewnić odpowiedni wskaźnik rotacji cząsteczek (przepływ metaboliczny) w układzie, przejawiając tym samym potencjał ciągłego wytwarzania produktów naturalnych modyfikowanych według potrzeb w celach terapeutycznych. Naukowcy w dalszym ciągu badają możliwości wspomnianej metody w kontekście śledzenia cząsteczek bioaktywnych w organizmach żywych. Jednak, opracowawszy już procesy chemiczne służące do modulacji fluorowcotryptofanów, poszerzają oni obecnie zakres prowadzonych badań, aby zwiększyć bioaktywność i biodostępność produktów naturalnych o wysokim potencjalne farmaceutycznym. Ponadto zespół opracowuje też docelową strukturę peptydów o dużym znaczeniu medycznym, aby zoptymalizować ich potencjał w zakresie bioaktywności w roli nowych metod terapeutycznych.
Słowa kluczowe
C-XAQ, biosyntetyczny, chemia, analog, cząsteczki, produkty naturalne, związki fluorowcowane, bioaktywny, sprzęganie krzyżowe
