Na naslovnici zadnje številke revije ACS Chemical Biology je slika modrozelenih alg (pravzaprav cianobakterij) iz rodu Nostoc. Nekateri sevi teh 'alg' so kot sekundarne metabolite sposobni sintetizirati kriptoficine, organske molekule (primer zgradbe je na sliki) z močnim antimitotičnim delovanjem, uporabnim v boju proti rakavim celicam. Kriptoficini delujejo tako, da depolimerizirajo tubulin.
Organska sinteza kriptoficinov je zelo zapletena, zato so znanstveniki z Michiganske univerze raziskali, kateri encimi pri algah katalizirajo posamezne reakcijske stopnje in potem te encime pripravili v rekombinantni obliki ter jih uporabili za izvedbo kritičnih korakov v sinteznem postopku, kar so opisali v obsežnem članku. Celotna sinteza v laboratoriju je sicer možna, a je zelo zapletena, saj je treba 4 dele molekule sintetizirati ločeno in jih na koncu povezati. Vsaj enega od kriptoficinov že klinično preizkušajo proti trdnim tumorjem. Ugotovili so, da ugodno deluje tudi v kombinaciji z drugimi kemoterapevtiki ali z obsevanjem. Ker razgrajuje tubulinske polimere, destabilizira mikrotubule, s tem pa zaustavlja delitev celic. Po drugi strani inducira prekomerno fosforilacijo proteina Bcl2, kar pospeši programirano celično smrt (apoptozo).
Nostoc je fotosintezna bakterija, ki jo najdemo prostoživečo v vodi, nekatere seve pa tudi kot simbionte v lišajih. Kriptoficine so sposobni proizvajati samo nekateri sevi, ki pa lahko sintetizirajo več različnih tipov molekul. Z lastnimi encimi torej preprosto izvedejo tisto, kar pri organski sintezi predstavlja velik izziv, seveda pa tudi draži sintezo. Raziskovalci so morali najprej ugotoviti, kateri geni zapisujejo za encime, ki sodelujejo pri biosintezi, ob tem pa so razjasnili tudi celotno biosintezno pot. Gene so lokalizirali s, kakor pravijo avtorji, primerjalno metabolomsko analizo: primerjali so genome sevov, ki proizvajajo kriptoficine in tiste, ki jih ne, ter preučili biosintezne poti sekundarnih metabolitov pri sorodnih organizmih. S tem so ugotovili, kje v genomu je 40 kb dolg segment z zapisi za 4 encime (crpA-D): dve poliketid-sintazi in dve neribosomski peptid-sintetazi, ki jim sledi regija z zapisi za encime, ki modificirajo stranske skupine (kloriranje, epoksidacija). Zapis za gen crpE, ki sodeluje pri dodajanju epoksidne skupine (pravilna namestitev te skupine je pri kemični sintezi najbolj problematična), so prenesli v bakterije in ga izrazili. Izolirani encim so nato uporabili za izvedbo ključnih stopenj v sintezi. Izvedba in vitro jim je omogočila ob dodajanju nenaravnih reagentov sintezo novih derivatov, ki bi lahko predstavljali še učinkovitejša zdravila.
Raziskavo so izvedli strokovnjaki za sintezno kemijo. Sintezni biologi bi poskušali čimveč stopenj, po možnosti pa vse, izvesti v živih celicah, kemiki pa so genetske analize uporabili kot izhodišče za identifikacijo ključnega encima, ki so ga pripravili v rekombinantni obliki in nato dokončali reakcijo s pomočjo encima v epruveti. Pri tem so sicer res lahko vplivali na lastnosti produkta, ker so v reakcijo lahko dodajali različne reagente, ki jih je encim bil sposoben uporabiti. To bi bilo v živih celicah težje. Vprašanje pa je, ali je encimsko katalizirana sinteza bistveno cenejša kot bi bil klasični sintezni pristop. Verjetno bo treba, ko bodo raziskave analogov dovolj daleč, sintezno pot rekonstituirati v celicah in iz njih nato izolirati učinkovino.
Ni komentarjev:
Objavite komentar