Forscher der Rice University haben erfolgreich eine Gruppe natürlicher Verbindungen synthetisiert, die als Fusicoccane bekannt sind. Die in verschiedenen lebenden Organismen vorkommenden Moleküle zeigen unterschiedliche biologische Aktivitäten, einschließlich der Fähigkeit, Protein-Protein-Wechselwirkungen innerhalb biologischer Systeme zu modulieren.
Die von Hans Renata, außerordentlicher Professor für Chemie, geleitete Studie stellt einen bedeutenden Fortschritt in den chemischen Synthesetechniken dar und nutzt moderne organische Chemie und technische Enzyme. Die Forschung ist veröffentlicht im Tagebuch Naturchemie.
Das Team synthetisierte zehn verschiedene Fusicoccane mithilfe einer neuartigen Strategie, die die Synthese der Kernstrukturen der Verbindungen durch organische Chemie mit der präzisen Dekoration funktioneller Gruppen mithilfe von Enzymen kombiniert.
„Unser Ansatz stellt eine Fusion traditioneller Synthesemethoden mit modernster enzymatischer Katalyse dar“, sagte Renata. „Durch die Nutzung der Kraft manipulierter Enzyme ist uns die Synthese dieser komplexen Moleküle gelungen und außerdem haben wir den Weg für weitere chemische Modifikationen geebnet.“
Während der enzymatischen Phase der Synthese standen die Forscher vor Herausforderungen, da die ausgewählten Enzyme zunächst instabil waren und zu unerwünschten Nebenprodukten führten. Durch rigorose Experimente und Enzym-Engineering identifizierten sie jedoch verbesserte Enzymvarianten, die auf den Syntheseprozess zugeschnitten waren.
„Diese Arbeit zeigt die Bedeutung des Enzym-Engineerings für die Synthese biologisch relevanter Verbindungen“, sagte Renata. „Unsere Ergebnisse unterstreichen das Potenzial einer hybriden Synthesestrategie für die Entwicklung neuer Moleküle mit vielfältigen Anwendungen.“
Zusätzlich zu ihrer direkten Anwendung als Modulatoren von Protein-Protein-Wechselwirkungen eröffnen die synthetisierten Verbindungen Möglichkeiten zur Erforschung neuer Arzneimittelkandidaten und zum Verständnis biologischer Prozesse, sagte Hauptautor und Postdoktorand Yanlong Jiang.
„Unsere Methodik könnte ähnliche Innovationen bei der Synthese anderer wertvoller Moleküle anregen und so Fortschritte in verschiedenen Bereichen vorantreiben“, sagte Jiang.
Mehr Informationen:
Yanlong Jiang et al., Modulare chemoenzymatische Synthese von zehn Fusicoccan-Diterpenoiden, Naturchemie (2024). DOI: 10.1038/s41557-024-01533-w