Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Araştırmacılar yeni sentezlerini kullanarak yalnızca himastatin üretmeyi değil aynı zamanda molekülün antimikrobiyal aktivite gösteren varyantlarını da üretmeyi başardılar. Ayrıca, bileşiğin hücre zarlarını bozarak bakterileri öldürdüğünü de keşfettiler. Araştırmacılar şimdi daha güçlü antibiyotik aktivitesine sahip olabilecek başka moleküller tasarlamayı umuyorlar.

Çalışmanın yazarlarından Prof. Mohammad Movassaghi, “Şu anda yapmak istediğimiz şey, nasıl çalıştığına dair moleküler detayları öğrenmek, böylece bu etki mekanizmasını daha iyi destekleyebilecek yapısal motifler tasarlayabiliriz. Şu anda çabamızın çoğu, bu molekülün fizikokimyasal özellikleri ve zarla nasıl etkileştiği hakkında daha fazla şey öğrenmek” dedi.

Doğayı taklit etmek

Bir tür toprak bakterisi tarafından üretilen himastatin, ilk olarak 1990'larda keşfedildi. Hayvan çalışmalarında antikanser aktiviteye sahip olduğu, ancak gerekli dozların zehirli yan etkileri olduğu bulundu. Movassaghi, bileşiğin ayrıca potansiyel antimikrobiyal aktivite gösterdiğini, ancak bu potansiyelin ayrıntılı olarak araştırılmadığını söyledi.

Himastatin, bir dimer oluşturmak üzere bir araya gelen monomerler olarak bilinen iki özdeş alt birimden oluşan karmaşık bir moleküldür. İki alt birim, monomerlerden birinde altı karbonlu bir halkayı diğer monomerdeki aynı halkaya bağlayan bir bağ ile birbirine bağlanır. Bu karbon-karbon bağı, molekülün antimikrobiyal aktivitesi için kritik öneme sahip. Himastatini sentezlemeye yönelik önceki çabalarda, araştırmacılar önce iki basit alt birim kullanarak bu bağı kurmaya çalıştılar ve ardından monomerlere daha karmaşık kimyasal gruplar eklediler.

MIT ekibi, bu reaksiyonun himastatin üreten bakterilerde gerçekleştirilme biçiminden ilham alarak farklı bir yaklaşım benimsedi. Bu bakterilerin, sentezin en son aşaması olarak iki monomeri, bir araya getirilmesi gereken karbon atomlarının her birini yüksek oranda reaktif radikallere dönüştürerek birleştirebilen bir enzimi var. Bu süreci taklit etmek için, araştırmacılar, önce Pentelute laboratuvarı tarafından daha önce geliştirilen hızlı bir peptit sentezi teknolojisinin yardımıyla amino asit yapı taşlarından karmaşık monomerler inşa ettiler.

Araştırmacılar daha sonra iki karmaşık molekülü birbirine bağlamak için Movassaghi laboratuvarında geliştirilen yeni bir dimerizasyon stratejisini kullandılar. Bu yeni dimerizasyon, her molekülde karbon radikalleri oluşturmak için anilinin oksidasyonuna dayanır. Bu radikaller, iki monomeri birbirine bağlayan karbon-karbon bağını oluşturmak üzere reaksiyona girebilir. Bu yaklaşımı kullanarak araştırmacılar, doğal olarak oluşan himastatin dimerlerine ek olarak farklı tipte alt birimler içeren dimerler oluşturabilirler. 

Movassaghi, "Bu tür dimerizasyon konusunda heyecanlanmamızın nedeni, yapıyı gerçekten çeşitlendirmenize ve diğer potansiyel türevlere çok hızlı bir şekilde erişmenize izin vermesidir" dedi.

Membran bozulması

Araştırmacıların yaptığı varyantlardan biri, himastatinin bakteri hücreleriyle nasıl etkileşime girdiğini görselleştirmek için kullandıkları bir floresan etikete sahip olmasıydı. Araştırmacılar, bu floresan probları kullanarak ilacın bakteri hücre zarlarında biriktiğini buldular. Bu onların, aynı zamanda FDA onaylı bir antibiyotik olan daptomisin (daptomycin) tarafından kullanılan bir mekanizma olan hücre zarını bozarak çalıştığını varsaymalarına yol açtı. 

Araştırmacılar ayrıca molekülün belirli bölümlerinde farklı atomlarda yer değiştirerek birkaç başka himastatin varyantı da tasarladılar ve antimikrobiyal aktivitelerini altı bakteri suşuna karşı test ettiler. Bu bileşiklerin bazılarının güçlü aktiviteye sahip olduğunu buldular, ancak yalnızca doğal olarak oluşan bir monomerin yanı sıra farklı olan bir monomer içermeleri şartıyla.

D'Angelo, "Molekülün iki tam yarısını bir araya getirerek yalnızca tek bir floresan etiketli bir himastatin türevi yapabiliriz. İki etiketli simetrik versiyonlar doğru aktiviteye sahip olmadığı için, himastatinin bakteriyel membranlar içindeki lokalizasyonunun kanıtını sunan mikroskopi çalışmalarını yalnızca bu versiyonla yapabildik," dedi.

Ayrıca Harvard Üniversitesi'nde kimya profesörü olan Andrew Myers, yeni sentezin "büyüleyici yeni kimyasal yenilikler" içerdiğini dile getirdi.

Araştırmaya dahil olmayan Myers, "Bu yaklaşım, antibiyotik himastatini biyosenteziyle ilgili bir şekilde hazırlamak için tam sentetik monomer alt birimlerinin oksidatif dimerizasyonuna izin veriyor. Birkaç analog sentezlenerek önemli yapı-aktivite ilişkileri ve ayrıca doğal ürünün bakteri zarfı düzeyinde işlev gördüğüne dair kanıtlar ortaya çıktı" dedi.

Araştırmacılar şimdi daha güçlü antibiyotik aktivitesine sahip olabileceğini umdukları daha fazla varyant tasarlamayı planlıyorlar.

Movassaghi, “Aktiviteyi potansiyel olarak koruyabilecek veya geliştirebilecek, türevlendirebileceğimiz pozisyonları zaten belirledik. Bizim için gerçekten heyecan verici olan şey, bu tasarım sürecinde eriştiğimiz türevlerin önemli bir bölümünün antimikrobiyal aktivitelerini korumasıdır" dedi.

Makale: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm6509