Химик из Иллинойского университета Мартин Берк, пионер техники, которая конструирует сложные молекулы из простых химических «строительных блоков», возглавил группу, которая обнаружила, что тысячи соединений в классе молекул, называемых полиенами, многие из которых обладают огромным потенциалом в качестве лекарств. — могут быть построены просто и экономично из одного десятка различных строительных блоков.Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Nature Chemistry.
«Мы хотим понять, как работают эти молекулы, а синтез — очень мощный двигатель для проведения экспериментов, которые позволяют понять», — сказал Берк, профессор химии в Университете штата Калифорния и Медицинском институте Говарда Хьюза. «Мы думаем, что это действительно эффективная дорожная карта для достижения этой цели.Когда у вас есть кусочки в бутылке, вы можете создавать молекулы природного происхождения или можете немного изменить кусочки, чтобы сделать их лучше. Обычно это настолько титаническая задача, что замедляет исследования.
Но если эта деталь станет по запросу, вы сможете изготавливать все, что захотите, и это может значительно ускорить процесс открытия лекарств ».Точно так же, как пластиковые строительные блоки разных размеров и форм могут соединяться вместе, потому что у них есть простой соединитель, химические строительные блоки связываются вместе с помощью одной простой реакции. Это дает ученым свободу создавать молекулы, которые может быть сложно или дорого извлекать из природного источника или производить в лаборатории.Одним из преимуществ подхода строительных блоков является то, что он позволяет исследователям смешивать и сопоставлять части для создания множества различных молекул, а также опускать или заменять части, чтобы сделать потенциально терапевтическое вещество более полезным для здоровья человека.
Например, группа Берка недавно синтезировала производное противогрибкового препарата амфотерицин (произносится как AM-foe-TAIR-uh-sin), что привело к большому прорыву в понимании того, как работает это клинически жизненно важное, но высокотоксичное лекарство, и к открытию другое производное, которое нетоксично для клеток человека, но при этом эффективно убивает грибок.После успеха в синтезе производных амфотерицина, которые попадают в категорию полиенов, исследователи задались вопросом, сколько различных строительных блоков потребуется для создания всех полиенов? (Полиен произносится как полли-иин.)Глядя на структуры всех известных природных полиенов — всего их тысячи — Берк и аспиранты Эрик Верли и Джахнаби Рой сосредоточились на более мелких частях, из которых состоят молекулы, и обнаружили, что многие элементы являются общими для многих соединений.
После тщательного анализа они подсчитали, что более трех четвертей всех каркасов из натурального полиена можно сделать только из 12 различных блоков.«Это самый неожиданный результат», — сказал Берк. "У нас был интуитивный инстинкт, что будет определенное количество строительных блоков, из которых можно будет сделать большинство натуральных продуктов. Мы убеждены, основываясь на этом результате, что мы можем создать платформу, которая будет позволять по требованию сборка сложных небольших молекул.
Тогда исследователи могут сосредоточиться на изучении функции этих молекул, а не тратить все свое время и энергию на их создание ».Чтобы продемонстрировать это удивительное открытие, исследователи синтезировали несколько соединений, представляющих широкий спектр полиеновых молекул, используя только дюжину обозначенных строительных блоков.
Многие из этих строительных блоков доступны на коммерческой основе благодаря партнерству между группой Берка и химической компанией Sigma-Aldrich.Берк надеется, что определение необходимых строительных блоков и их широкое распространение ускорит понимание полиеновых натуральных продуктов и их потенциала в качестве фармацевтических препаратов, особенно соединений, которые до сих пор оставались неизученными, поскольку их производство было слишком дорогостоящим или трудоемким.
Группа Берка надеется в конечном итоге идентифицировать и изготовить набор строительных блоков, из которых любой исследователь — опытный химик или нет — сможет построить любую небольшую молекулу.«Теперь, когда у нас есть такой поддающийся количественной оценке результат, что всего с 12 строительными блоками мы можем производить более 75 процентов полиенов, мы стремимся выяснить глобальную коллекцию строительных блоков — как их сделать, как собрать воедино — — создать обобщенный подход к синтезу малых молекул ».