Антибиотики, обнаруженные в почве вулкана Камеруна полвека назад, наконец-то были подвергнуты обратному проектированию японскими исследователями, что дало ученым-медикам новый потенциальный препарат для борьбы с инфекциями.
В 1974 году немецкий химик Аксель Цек и его турецкий коллега Митхат Мардин продемонстрировали, что красные пигменты, вырабатываемые бактерией Streptomyces arenae, обладают антимикробными свойствами , что сделало их привлекательным материалом для экспериментов фармакологов.
Синтез потенциально полезных соединений, известных как β- и γ-нафтоциклиноны, в полезных количествах оказался сложной задачей. Часто требуется метод проб и ошибок, чтобы выяснить необходимые химические реакции, хотя сложность нафтоциклинонов делает их создание трудным без введения большого количества побочных продуктов по ходу дела.
Только сейчас исследователи из Института науки Токио смогли выполнить эту работу, используя подход, известный как ретросинтетический анализ .
Как вы можете догадаться из названия, это предполагает работу в обратном направлении от целевой молекулы, чтобы выяснить ее основные строительные блоки. Это немного похоже на разбиение сложной машины на ее составные части — части, которые легче понять и собрать.
Команда начала с β-нафтоциклинона, поскольку γ-нафтоциклинон можно считать вариацией.
Как и многие большие молекулы, комбинация более простых молекулярных единиц послужила отправной точкой для построения соединения.
Связующим звеном между двумя единицами является сложная молекула, называемая бицикло[3.2.1]октадиеноном, хотя поместить это химическое вещество в идеальное положение, не меняя другие компоненты или не создавая совершенно другой продукт, легче сказать, чем сделать.
Руководствуясь своим ретросинтетическим рецептом и применяя ряд передовых химических методов, исследователи нашли путь, который позволил им точно расположить детали и скрепить их таким образом, чтобы это не повлияло на их функцию.
Момент истины наступил при сравнении точного трехмерного расположения атомов (или, выражаясь научным языком, спектров кругового дихроизма ) синтезированных соединений с теми, которые создала природа в вулкане.
«Спектры кругового дихроизма наших синтезированных соединений были идентичны спектрам природных соединений, что говорит о том, что абсолютная конфигурация синтетических и природных молекул была одинаковой», — говорит химик Ёсио Андо из Института науки Токио.
Эти методы в конечном итоге позволили исследователям синтезировать β-нафтоциклинон с выходом не менее 70 процентов (т.е. 70 процентов от максимально ожидаемого количества, учитывая исходные материалы).
Затем они использовали другой химический процесс, окислительную лактонизацию, для получения γ-нафтоциклинона с выходом 87 процентов. Эти два соединения похожи, но γ-нафтоциклинон имеет некоторые дополнительные свойства.
Синтез антибиотиков в лаборатории может привести к их производству в больших количествах для медицинских и исследовательских целей: например, нет необходимости регулярно отправляться к вулкану. Более того, исследователи считают, что тщательно выверенные подходы, которые они использовали здесь, могут быть использованы и в будущих исследованиях, особенно при синтезе других соединений с похожей структурой.
«В нашей лаборатории уже ведутся дальнейшие исследования в этом направлении», — говорит Андо.