Organische moleculen die een fluoratoom bevatten, worden veel gebruikt in de materialen, agrochemische en farmaceutische industrie. Echter, het synthetiseren van de koolstof-fluorbinding maakt typisch gebruik van giftige metaalkatalysatoren en vereist watervrije omstandigheden en hoge temperaturen. Nu heeft een internationaal team een ​​mildere, efficiëntere, op enzymen gebaseerde benadering om deze binding te creëren.

Deze enzymatische methode werkt in waterige omstandigheden en bij milde temperaturen en is ontwikkeld door een consortium met onderzoekers van A*STAR en andere instellingen. "Deze voorwaarden zijn echt zeer aantrekkelijk, " legt teamlid Yee Hwee Lim van het A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences uit.

Het team gebruikte een van de zeer specifieke fluorinase-enzymen die in de natuur voorkomen:FlA1. Deze enzymen katalyseren de vorming van een koolstof-fluorbinding in S-adenosylmethionine (SAM) met behulp van anorganisch fluoride via een substitutiemechanisme.

Het enzym, terwijl het uitstekend is in het katalyseren van fluoreringsreacties met dit natuurlijke molecuul, werkte niet goed op niet-natuurlijke moleculen. Bovendien, pogingen om de structuren van de enzymen te wijzigen en, dus, functie was een strijd geweest - tot nu toe.

"We hebben voor het eerst aangetoond dat het fluorinase-enzym kan worden gemanipuleerd, en dat de techniek zijn enzymatische activiteit zelfs op niet-natuurlijke moleculen kan verbeteren, ' zegt Lim.

Het team gebruikte de gevestigde techniek die bekend staat als 'gerichte evolutie', die natuurlijke selectie nabootst om enzymen te ontwikkelen, zodat ze goed kunnen reageren met niet-natuurlijke moleculen.

"Gerichte evolutie is nooit met succes toegepast op dit enzym, tot nu, ", zegt Lim. "Dit is een moeilijk enzym om mee te werken en we stonden voor veel uitdagingen, waaronder problemen met productdegradatie."

Het team gebruikte de radiolabeling van 5'-chloor-5'-deoxyadenosine (5'-CIDA) om hun mogelijkheden te demonstreren. In deze tweestapsreactie, radioactief gemerkt 5'-CIDA wordt omgezet in SAM, en vervolgens gefluoreerd om 5'-fluor-5'-deoxyadenosine (5'-FDA) te vormen. Dit gelabelde 5'-FDA-product zou mogelijk kunnen worden gebruikt voor een medische diagnoseprocedure die bekend staat als positronemissietomografie (PET).

"We laten zien dat het drievoudig verbeteren van de activiteit van een enzym meer toepassingen kan openen, ", zegt Lim. "De inheemse enzymen zijn eerder gebruikt om PET-agentia te labelen, maar de reactietijden waren lang, soms uren. Met ons enzym konden we de reactie in 30 minuten doen, een redelijker tijdschema, aangezien de halfwaardetijd van Fluor-18 minder dan twee uur is."

Het team van Lim onderzoekt nu hoe het muteren van de structuur van het enzym de interactie met 5'-CIDA en SAM verandert. "Ik zou computationele biologen willen inschakelen om meer te begrijpen over de mutaties die we hebben gemaakt en hoe die correleren met onze reacties."