p Químicos da Scripps Research criaram com eficiência três famílias de complexos, moléculas contendo oxigênio que normalmente são obtidas apenas de plantas. p Essas moléculas, chamados terpenos, são pontos de partida potenciais para novos medicamentos e outros produtos de alto valor - marcando um desenvolvimento importante para vários setores. Além disso, a nova abordagem pode permitir que os químicos construam muitas outras classes de compostos.

p O feito da química é detalhado na edição de 13 de agosto da revista. Ciência .

p A chave para este novo método de fazer moléculas é o aproveitamento, ou sequestro, de enzimas naturais - de bactérias, neste caso, para auxiliar em transformações químicas complexas que têm sido impraticáveis ​​ou impossíveis apenas com as técnicas de química sintética, diz o investigador principal Hans Renata, Ph.D., professor assistente do Departamento de Química da Scripps Research.

p Enzimas naturais que ajudam a construir moléculas nas células geralmente executam apenas uma ou duas tarefas altamente específicas. Mas a equipe de pesquisa Scripps mostrou que as enzimas naturais, mesmo sem modificação, pode ser feito para executar uma ampla gama de tarefas.

p "Achamos que, em geral, enzimas são um recurso praticamente inexplorado para resolver problemas de síntese química, "Renata diz." As enzimas tendem a ter algum grau de atividade promíscua, em termos de sua capacidade de estimular reações químicas além de sua tarefa principal, e pudemos tirar vantagem disso aqui. "

p Aproveitando os talentos ocultos das enzimas

p As enzimas ajudam a construir moléculas em todas as plantas, espécies animais e microbianas. Inspirado por sua eficiência na construção de moléculas altamente complexas, químicos por mais de meio século têm usado enzimas em laboratório para ajudar a construir compostos valiosos, incluindo compostos de drogas - mas geralmente esses compostos são as mesmas moléculas que as enzimas ajudam a construir na natureza.

p Aproveitando as enzimas naturais de uma maneira mais ampla, de acordo com sua atividade bioquímica básica, é uma nova estratégia com grande potencial.

p "Nossa visão agora é que sempre que queremos sintetizar uma molécula complexa, a solução provavelmente já existe entre as enzimas da natureza - só temos que saber como encontrar as enzimas que vão funcionar, "diz o autor sênior Ben Shen, Ph.D., presidente do Departamento de Química do campus da Flórida e diretor do Centro de Descoberta de Produtos Naturais da Scripps Research.

p A equipe conseguiu fazer nove terpenos conhecidos por serem produzidos em Isodon, uma família de plantas com flores relacionadas à hortelã. Os compostos complexos pertencem a três famílias de terpeno com estruturas químicas relacionadas:ent-kauranos, ent-atisanes, e ent-traquilobanos. Os membros dessas famílias de terpeno têm uma ampla gama de atividades biológicas, incluindo a supressão da inflamação e o crescimento do tumor.

p Uma receita para o sucesso da síntese

p A síntese de cada composto, em menos de 10 etapas para cada um, foi um processo híbrido que combina os métodos atuais de síntese orgânica com a síntese mediada por enzimas a partir de um composto barato chamado esteviosídeo, o principal componente do adoçante artificial Stevia.

p O principal obstáculo era a substituição direta de átomos de hidrogênio por átomos de oxigênio em um padrão complexo no esqueleto do átomo de carbono do composto inicial. Os métodos atuais de síntese orgânica têm um arsenal limitado para tais transformações. Contudo, a natureza produziu muitas enzimas que podem permitir essas transformações - cada uma capaz de desempenhar sua função com um grau de controle incomparável aos métodos feitos pelo homem.

p "Por ser um grupo de pesquisa interdisciplinar, estávamos totalmente cientes das limitações dos métodos atuais de síntese orgânica, mas também das muitas maneiras exclusivas pelas quais as enzimas podem superar essas limitações - e tivemos os insights para combinar a química sintética tradicional com métodos enzimáticos de forma sinérgica, "Renata diz.

p As três enzimas usadas, que foram identificados e caracterizados por Shen, Renata e colegas só no ano passado, são produzidos naturalmente por uma bactéria - uma das 200, Mais de mil espécies na Coleção Microbial Strain do Centro de Descoberta de Produtos Naturais da Scripps Research.

p "Pudemos usar essas enzimas não apenas para modificar as moléculas iniciais, ou andaimes, como os chamamos, mas também para transformar um andaime em outro para que pudéssemos transformar um terpeno de uma família em um terpeno de uma família diferente, "diz a segunda autora Emma King-Smith, um Ph.D. aluna do laboratório Renata.

p Os químicos pretendem agora usar sua nova abordagem para fazer quantidades úteis dos nove compostos, bem como variantes químicas dos compostos, e, com laboratórios colaboradores, explorar suas propriedades como potenciais drogas ou outros produtos.

p "Com nossa estratégia, podemos fazer esses diterpenos altamente oxidados muito mais facilmente e em quantidades maiores do que seria possível isolando-os das plantas onde são encontrados naturalmente, "diz o primeiro autor Xiao Zhang, Ph.D., um associado de pesquisa de pós-doutorado no laboratório Renata.

p Tão importante quanto, os pesquisadores dizem, eles estão trabalhando para identificar reações e enzimas que lhes permitirão estender sua abordagem a outras classes de moléculas.

p Central a todos esses esforços é o desenvolvimento contínuo de métodos para peneirar o DNA de micróbios e outros organismos para identificar as enzimas que eles codificam - e prever as atividades dessas enzimas. Existem bilhões de enzimas distintas nas plantas, animais, e bactérias na Terra e apenas uma pequena fração delas foram catalogadas até hoje.

p "Estamos entusiasmados com o potencial de descobrir enzimas novas e úteis de nossa biblioteca de cepas aqui na Scripps Research, "Renata diz." Achamos que isso nos permitirá resolver muitos outros problemas de síntese química. "