Os pesquisadores estão tirando fotos de reações químicas em um trilionésimo de segundo na esperança de desenvolver a próxima geração de antibióticos e medicamentos antivirais.

Usando tecnologia laser de ponta, cientistas da Cardiff University e do Rosalind Franklin Institute estão criando 'filmes congelados' de reações químicas, com um papel principal para uma enzima específica que poderia ser usada para fazer novos medicamentos que são ativos contra os vírus, como COVID-19.

A tecnologia permitirá que a equipe observe a química que ocorre dentro de uma enzima em períodos muito curtos de tempo, que permitirá aos cientistas obter uma compreensão de como a estrutura da proteína permite que a reação química ocorra.

Essas informações serão essenciais para os esforços da equipe de reengenharia da enzima para que ela possa ser usada na produção de compostos com propriedades antivirais de forma rápida e eficiente.

Para alcançar isto, eles estão aproveitando os poderosos recursos de um laser de elétrons livres de raios-X (XFEL) localizado em Hamburgo, Alemanha.

O XFEL pode ser usado para obter imagens de reações enzimáticas em cristais, disparando pulsos de raios-X com duração de um femtossegundo - um quatrilionésimo de segundo. As ligações entre os átomos individuais levam cerca de 10 femtossegundos para se formarem durante as reações químicas, o que significa que o XFEL deve ser capaz de tirar instantâneos das estruturas conforme elas tomam forma dentro da enzima.

Tornando isso uma realidade, Contudo, é um feito tecnicamente exigente que não foi relatado para a classe de enzimas que está sendo estudada pela equipe.

A equipe estará prestando atenção específica a uma enzima que está presente no Streptomyces, bactérias que comumente vivem no solo e na vegetação em decomposição e que são responsáveis ​​pela produção de mais de dois terços dos antibióticos clinicamente úteis encontrados na natureza.

Esta enzima facilita a construção de uma ligação entre dois átomos de carbono, uma reação descrita pelos pesquisadores como "a química da vida em seu aspecto mais básico".

Compreender essa reação de formação da ligação carbono-carbono é importante porque ela é encontrada nos nucleosídeos C - uma classe particular de moléculas que são candidatas extremamente promissoras para futuras drogas antivirais. Um exemplo de um nucleosídeo C é o remdesivir, desenvolvido pela Gilead Sciences, Inc., que está atualmente sendo testado em todo o mundo como um tratamento potencial para COVID-19.

"Estamos essencialmente criando um filme de congelamento da química em ação, "disse o co-investigador principal do projeto, Professor Nigel Richards, da Escola de Química da Universidade de Cardiff." As ligações químicas se formam e se rompem em períodos muito curtos de tempo, muito rápido para ser visto usando outras técnicas. A nova tecnologia XFEL oferece uma solução para este problema para reações químicas catalisadas por enzimas. "

"Esta tecnologia de ponta nos permitirá estudar reações bioquimicamente importantes como nunca fomos capazes antes, abrindo uma gama de novas possibilidades para a descoberta e desenvolvimento de medicamentos.

"Nossos experimentos inovadores provavelmente mudarão a forma como pensamos sobre as reações químicas que ocorrem dentro das enzimas - um grande desafio da química, bioquímica e biologia. Isso, por sua vez, nos permitirá projetar bibliotecas de enzimas semelhantes que podem ser usadas para fazer potenciais compostos antibióticos e antivirais, facilitando o processo de descoberta de drogas. "

"Os nucleosídeos C são moléculas do futuro na descoberta de drogas, "continuou o professor Richards." Esses compostos já são amplamente usados ​​na natureza para matar bactérias e vírus. "

"Ser capaz de usar uma enzima para fazer a ligação carbono-carbono-chave dos nucleosídeos C no laboratório nos permitirá construir uma variedade de novos compostos que podem ser avaliados como drogas potenciais, " ele disse.