p Um grupo de compostos altamente reativos chamados persulfetos tem provocado grande curiosidade entre os bioquímicos, por causa de seu papel na natureza, e como eles interagem com as proteínas para mudar sua estrutura e função, afetando a saúde, envelhecimento e processos de doença. p O estudo de persulfetos e seus efeitos tem se mostrado desafiador, Contudo, devido à instabilidade do produto químico. Assim que os persulfetos são gerados, eles querem reagir com moléculas próximas antes que possam ser totalmente investigados.

p Um novo estudo do campus da Flórida da Scripps Research, publicado em Nature Communications 28 de setembro, revela uma forma até então desconhecida de que a natureza resolve este problema e faz uso de persulfetos, através da geração de enzimas úteis que desempenham um papel na colocação de enxofre. A descoberta fornece aos pesquisadores um novo método para gerar moléculas baseadas em enxofre potencialmente importantes no laboratório, e oferece uma resposta a um dos fascinantes mistérios biológicos da natureza:como o enxofre se torna integrado em moléculas complexas em primeiro lugar?

p O enxofre é o quinto elemento mais comum da vida, no entanto, a natureza usa um número relativamente pequeno de mecanismos para instalá-lo em pequenas moléculas, disse Ben Shen, professor e presidente do Departamento de Química de Pesquisa Scripps em Júpiter, Flórida, e autor sênior do estudo.

p Shen por muito tempo se perguntou como os átomos de enxofre poderiam ser incorporados à estrutura de compostos interessantes que ele estudou, incluindo guanganamicina e leinamicina, dados esses mecanismos limitados.

p Descoberto pela primeira vez em 1989, a leinamicina é uma substância natural que demonstra propriedades antimicrobianas e anticâncer. Com a ajuda de sua coleção crescente de cepas microbianas, Shen e sua equipe descobriram em 2017 dezenas de membros do que é, na verdade, uma família substancial de variantes da leinamicina na natureza. Os dois enxofre da leinamicina são a chave para sua atividade anticâncer, Shen encontrado.

p A recente aquisição de uma das maiores coleções de cepas microbianas do mundo pela Scripps Research Florida ofereceu ao grupo de Shen uma nova maneira de investigar a questão, através da busca direcionada por novas enzimas, catalisadores da natureza. Esse processo envolve o crescimento de grandes quantidades das cepas de interesse, em seguida, minerar - sequenciar e analisar - seu material genético em busca de sinais reveladores de enzimas.

p "Nós agora descobrimos um novo mecanismo pelo qual a natureza instala dois átomos de enxofre em uma pequena molécula ao mesmo tempo, superando o desafio de longa data em sua instabilidade, "Shen diz." Esta descoberta em particular ilustra o quão poderosa é a nossa coleção de cepas de produtos naturais, e como nos permite fazer coisas inovadoras. "

p A coleção de produtos naturais da Scripps Research na Flórida inclui mais de 125, 000 cepas de bactérias, que foram coletados por grupos de pesquisa em todo o mundo durante as décadas após a descoberta da estreptomicina.

p As bactérias do solo devem evoluir diversamente, produtos naturais biologicamente ativos para sobreviver em um mundo hostil e competitivo. Esses produtos naturais têm um enorme potencial para atuar como medicamentos ou servir a outros fins, se eles podem ser descobertos, estudado e compreendido, Shen diz.

p A construção dessas moléculas requer que as bactérias atuem como químicas, concebendo, por vezes, processos inovadores, como novas enzimas catalíticas, diz Song Meng, Ph.D., um dos principais autores da publicação.

p "O estudo de produtos naturais nos permite explorar como a natureza usa blocos de construção simples para construir as estruturas mais complexas que a humanidade já viu, que oferece oportunidades para a descoberta de enzimas e impacto potencial em todo o campo da química orgânica, "Meng diz.

p Aprendendo como a Natureza constrói produtos naturais, os pesquisadores do laboratório de Shen visam inspirar esforços futuros em diversos campos, como microbiologia, biotecnologia, química orgânica, e química medicinal.

p Co-autores do estudo Meng e Andrew Steele, Ph.D., relembrou o momento em que souberam que alcançariam seu objetivo.

p "Trabalhamos incansavelmente para fazer persulfetos instáveis. Eles se degradam em sulfeto de hidrogênio fedorento, então, a primeira vez que sentimos o cheiro de ovos podres, sabíamos que tínhamos feito uma descoberta, "Steele diz.

p Logo depois, eles descobriram as tiocisteína-liases, uma família de enzimas até então desconhecidas que a natureza usa para fazer persulfetos como intermediários-chave para construir toda a família da leinamicina de produtos naturais.

p A coleção de produtos naturais tem sido a chave para seu sucesso, acrescenta Edward Kalkreuter, Ph.D., um co-autor no artigo.

p "Embora tradicionalmente apenas uma via biossintética pudesse ser estudada por vez, nossa coleção de cepas agora nos permite descobrir famílias evolutivamente relacionadas, assim, comparando e avaliando muitos caminhos semelhantes de uma só vez, " ele adiciona.

p As enzimas que permitem a formação de persulfeto provavelmente terão uma ampla gama de aplicações potenciais no futuro, eles acrescentam.

p "Persulfetos foram encontrados em vários sistemas bioquímicos fundamentais e relacionados a doenças, mas o campo da química sintética tem apenas alguns métodos especializados à sua disposição para gerá-los, "Steele diz." Descobrimos que a natureza nos forneceu uma solução para lidar com esse problema. "

p A descoberta atual enriquece a caixa de ferramentas necessária para projetar compostos contendo enxofre, e abre caminho para biólogos sintéticos desenvolverem classes inteiramente novas de moléculas para impactar a química, biologia, e remédios, eles dizem.

p "Eu digo aos meus alunos, se você quer descobrir algo, descubra como a natureza faz isso, que pode apresentar uma solução, "Shen diz.