شیمیدانان MIT روش جدیدی برای سنتز آنتی‌بیوتیک طبیعی همیاستاتین ابداع کرده‌اند. نوعی از باکتری‌های خاکی این ماده را به‌طور طبیعی تولید می‌کنند. در ادامه با میلی‌لب همراه باشید.
یک استراتژی جدید برای تولید یک ترکیب طبیعی می‌تواند برای تولید واریانت‌هایی با ویژگی‌های ضدمیکروبی قوی‌تر استفاده شود. شیمیدانان دانشگاه MIT روش جدیدی را برای سنتز هیماستاتین (Himastatin)، یک ترکیب طبیعی با خواص آنتی‌بیوتیک، توسعه داده‌اند.
محققان با استفاده از روش جدید سنتز خود نه‌تنها هیماستاتین را تولید کردند، بلکه واریانت‌های مختلفی از این مولکول را ایجاد کردند که برخی از آنها حتی فعالیت ضدمیکروبی هم نشان دادند. این پژوهشگران کشف کردند که این ترکیب با مختل‌کردن غشای سلولی باکتری‌ها آنها را از بین می‌برد. اکنون دانشمندان امیدوارند مولکول‌های دیگری را طراحی کنند که حتی فعالیت آنتی‌بیوتیکی قوی‌تری داشته باشند.
محمد موثقی (Mohammad Movassaghi)، استاد شیمی MIT و یکی از نویسندگان ارشد این مطالعه می‌گوید: «کاری که می‌خواهیم در حال حاضر انجام دهیم این است که جزئیات مولکولی در مورد نحوه‌ی عملکرد آن را بیاموزیم با بتوانیم موتیف‌های ساختاری‌ای طراحی کنیم که بهتر از مکانیسم عمل پشتیبانی کند. در حال حاضر بسیار تلاش می‌کنیم که درباره خواص فیزیکی-شیمیایی این مولکول و نحوه‌ی تعامل آن با غشاء سلولی اطلاعات بیشتری کسب کنیم.»
تقلید از طبیعت
هیماستاتین که توسط فعالیت بیوشیمایی گونه‌ای از باکتری‌های خاک تولید می‌شود، اولین بار در دهه‌ی ۱۹۹۰ کشف شد. در مطالعات حیوانی مشخص شد که این مولکول دارای فعالیت ضدسرطانی است؛ اما دوزهای مورد نیاز عوارض جانبی شدیدی داشت و سمی بود. پروفسور موثقی اظهار می‌کند که این ترکیب فعالیت ضدمیکروبی بالقوه‌ای را نشان داد، اما این پتانسیل به دقت مورد بررسی قرار نگرفته است.
هیماستاتین یک مولکول پیچیده است که از دو زیرواحد یکسان به نام مونومر تشکیل شده است. این دو زیرواحد توسط پیوندی به‌هم متصل می‌شوند که یک حلقه‌ی شش-کربنی در یکی از مونومرها را به حلقه‌ای یکسان در مونومر دیگر وصل می‌کند و باهم یک دایمر را شکل می‌دهند. این پیوند کربنی برای فعالیت ضدمیکروبی مولکول کلیدی است. در تلاش‌های قبلی برای سنتز آنتی‌بیوتیک هیماستاتین، محققان سعی کرده‌اند ابتدا پیوند را از دو زیرواحد ساده ایجاد کنند و سپس ترکیب‌های شیمیایی پیچیده‌تری را به مونومرها اضافه کنند.
تیم MIT با الهام از واکنشی که باکتری‌های خاکی تولید‌کننده‌ی هیماستاتین انجام می‌دهند، رویکرد متفاوتی در پیش گرفت. این باکتری‌ها دارای آنزیمی هستند که هر یک از اتم‌های کربنی که باید به‌هم متصل شوند را به رادیکال‌های بسیار واکنش‌پذیر تبدیل کرده و دو مونومر را در آخرین مرحله‌ی سنتز به‌هم پیوند می‌دهد. برای تقلید از این فرآیند، ابتدا پژوهشگران مونومرهای پیچیده‌ای را از بلوک‌های آمینو اسید با کمک فناوری سنتز پپتیدی سریع ساختند. دی‌آنجلو، دانشجوی محققی که این پژوهش را انجام داده است می‌گوید: «با استفاده از سنتز پپتیدی فاز جامد، می‌توانیم بسیاری از مراحل سنتزی را به‌سرعت پیش ببریم و بلوک‌های سازنده را به‌راحتی با هم ترکیب کنیم.»
در مرحله‌ی بعد، دانشمندان از یک استراتژی دیمریزاسیون جدید، که در آزمایشگاه پروفسور موثقی توسعه یافته است، برای اتصال دو مولکول پیچیده به‌هم استفاده کردند. این دیمریزاسیون جدید بر پایه‌ی اکسیداسیون آنیلین برای تشکیل رادیکال‌های کربن در هر مولکول عمل می‌کند. این رادیکال‌ها باهم واکنش داده تا پیوند کربن-کربن را تشکیل دهند که دو مونومر را به‌هم زنجیر می‌کند. با استفاده از این رویکرد، محققان می‌توانند علاوه بر دایمرهای هیماستاتین طبیعی، دایمرهایی بسازند که شامل انواع مختلفی از زیرواحدها هستند. پروفسور موثقی می‌گوید: «دلیلی که ما در مورد این نوع دیمریزاسیون هیجان‌زده شدیم این بود که به ما امکان می‌دهد ساختار مولکولی را واقعا متنوع کنیم و خیلی سریع به سایر مشتقات بالقوه دسترسی پیدا کنیم.»
اختلال فرآیندهای غشایی
یکی از واریانت‌های که پژوهشگران ایجاد کردند یک برچسب فلورسنت دارد که از آن برای دیدن نحوه‌ی تعامل هیماستاتین با باکتری‌ها استفاده کردند. با استفاده از این کاوشگرهای فلورسنتی، محققان دریافتند که این دارو در غشای سلولی باکتری تجمع پیدا می‌کند. این مشاهده باعث شد تا آنها این فرضیه را مطرح کنند که این ماده‌ی دارویی غشای سلولی را مختل می‌کند؛ دقیقا همان مکانیسمی که حداقل یک آنتی‌بیوتیک مورد تایید FDA یعنی داپتومایسین (daptomycin) از آن استفاده می‌کند.
محققان همچنین موفق به سنتز چندین واریانت دیگر از این آنتی‌بیوتیک با جایگزینی اتم‌های مختلف در بخش‌های خاصی از مولکول شدند و فعالیت ضدمیکروبی آنها را در برابر شش سویه‌ی باکتری آزمایش کردند. آنها دریافتند که برخی از این ترکیبات دارای فعالیت ضدمیکروبی قوی هستند، اما تنها در صورتی که شامل یک مونومر طبیعی به همراه یک مونومر متفاوت باشند.
دی‌آنجلو می‌گوید: «ما می‌توانیم با کنار هم قراردادن دو نیمه‌ی کامل مولکول، یک مشتق هیماستاتین را تنها با یک برچسب فلورسنت بسازیم. فقط با این نسخه می‌توانیم مطالعات میکروسکوپی انجام دهیم که شواهدی از تجمع هیماستاتین در غشاهای باکتریایی ارائه می‌دهد. در واقع، نسخه‌های متقارن با دو برچسب فلورسنتی فعالیت مناسبی نداشتند و به‌درستی عمل نمی‌کردند.»
اندرو مایرز، استاد شیمی در دانشگاه هاروارد، می‌گوید که این روش جدید برای سنتز آنتی‌بیوتیک طبیعی «نوآوری‌های شیمیایی جدید و شگفت‌انگیزی» دارد. مایرز که در این تحقیق شرکت نداشت، می‌گوید: «این رویکرد به دیمریزاسیون اکسیداتیو زیرواحدهای مونومر سنتزی برای تهیه‌ی آنتی‌بیوتیک هیماستاتین مشابه آنچه در طبیعت رخ می‌دهد منجر می‌شود.»
اکنون دانشمندان قصد دارند واریانت‌های بیشتری را طراحی کنند که امیدوارند فعالیت آنتی‌بیوتیکی قوی‌تری داشته باشند. مجله‌ی Science نتیجه‌ی این پژوهش را در فوریه ۲۰۲۲ چاپ کرده است.
مرجع: scitechdaily
بیشتر بخوانید
- تصویرهای خیره‌کننده از دنیای میکروسکوپی کریستال‌ها
- ساخت خانواده‌ی جدیدی از کاتالیزورها که چندین فرآیند شیمیایی را بهبود می‌بخشند
- تولید مونومرهای نایلون تجدیدپذیر از چوب
شما در mililab می‌توانید وسیع‌ترین طیف اطلاعات و آگهی‌های فروش مواد شیمیایی داخلی و خارجی را از تولیدکنندگان و فروشندگان مختلف بیابید. همچنین، مجموعه‌ی کاملی از انواع دستگاه‌ها، تولیدکنندگان و فروشندگان تجهیزات آزمایشگاهی در این قسمت قابل دسترسی است.
