Science >> Wetenschap >  >> Chemie

Wetenschappers ontdekken de sleutel tot een potentiële natuurlijke potentie voor kankerbehandelingen

De enzymen die het team ontdekte, hebben een beschrijvende, zij het logge, naam. Ze worden ‘cofactorloze oxygenasen’ genoemd. Dit betekent dat de bacteriële enzymen zuurstof uit de lucht halen en deze in nieuwe verbindingen opnemen, zonder dat de typische metalen of andere cofactoren nodig zijn om de noodzakelijke chemische reactie op gang te brengen.

Deze nieuwe manier om defensieve stoffen te synthetiseren zou een overlevingsvoordeel opleveren, waardoor het organisme infecties of indringers zou kunnen afweren. En omdat enzymen voor scheikundigen zijn wat boren of zaagbladen zijn voor een timmerman, bieden ze wetenschappers nieuwe manieren om nuttige dingen te creëren, aldus de eerste auteurs van het artikel, postdoctoraal onderzoekers Chun Gui, Ph.D., en Edward Kalkreuter, Ph.D. .

De ontdekking van de enzymen TnmJ en TnmK2 lost vrijwel onmiddellijk een slepend mysterie op over hoe een potentieel antibioticum en kankerbestrijdende verbinding die het Shen-lab in 2016 voor het eerst had ontdekt, tiancimycin A, zo'n potentie bereikte, aldus Gui en Kalkreuter.

De enzymen stellen de bacteriën in staat verbindingen te produceren voor het richten en afbreken van DNA, zei Gui. Dit zou enorm nuttig zijn bij het bestrijden van een virus of een andere ziektekiem, of bij het doden van kanker.

Scheikundeprofessor Ben Shen, Ph.D., leidt het Natural Products Discovery Center van het Herbert Wertheim UF Scripps Institute for Biomedical Innovation &Technology. Het centrum bezit een van 's werelds grootste collecties microbiële natuurlijke chemicaliën. Fotocredit:Scott Wiseman. Credit:Scott Wiseman

Tiancimycin A wordt ontwikkeld als onderdeel van een op kanker gerichte antilichaamtherapie. Dit soort gecombineerde antilichaam-medicamenteuze therapieën vertegenwoordigen een snelgroeiende nieuwe benadering in de strijd tegen kanker. Maar een cruciale stap naar het gebruik van tiancimycine A als de lading van een antilichaam levert genoeg op om het op grotere schaal te bestuderen. Dat bleek een uitdaging.

"Zelfs nadat we genen hadden geïdentificeerd die verantwoordelijk zijn voor het coderen van tiancimycine A, konden verschillende stappen die nodig zijn om het te synthetiseren niet worden voorspeld," zei Gui. "De twee enzymen die in de huidige studie worden beschreven, zijn hoogst ongebruikelijk."

Tiancimycin A werd voor het eerst gevonden in een in de bodem levende bacterie, een type Streptomyces uit de stamcollectie van het Natural Products Discovery Center. Om zijn krachtige chemische wapen te maken, moest het organisme een probleem oplossen. Op de een of andere manier moest het drie zeer stabiele koolstof-koolstofbindingen verbreken en vervangen door reactievere koolstof-zuurstofbindingen. Lange tijd konden de wetenschappers niet begrijpen hoe de bacteriën dat voor elkaar kregen.

Om het mysterie op te lossen, moesten we andere tiancimycine A-achtige, natuurlijke productproducerende bacteriën vinden in de Natural Products Discovery Center-collectie van het instituut, bestaande uit 125.000 bacteriestammen, en hun genomen analyseren om naar evolutionaire aanwijzingen te zoeken.

De historische collectie was lange tijd gehuisvest in de kelder van een farmaceutisch bedrijf en was decennialang verzameld na de ontdekking van penicilline in de hoopvolle haast van de wetenschappelijke gemeenschap om het volgende grote antibioticum te vinden. De collectie heeft door de jaren heen verschillende historisch belangrijke medicijnen opgeleverd, waaronder het tuberculose-antibioticum streptomycine en het orgaantransplantatiemedicijn sirolimus. Maar het merendeel van de gevriesdroogde bacteriestammen uit de collectie lag in hun glazen flesjes, onontdekt.

In 2018 won Shen een wedstrijd voor de collectie, zodat deze volledig onderzocht kon worden in een academische setting, waar deze open zou staan ​​voor de wetenschap. Zijn team ontwikkelt nu manieren om de stammen te bestuderen, hun genomen te lezen en de informatie in een doorzoekbare database te plaatsen waartoe de wetenschappelijke gemeenschap toegang heeft.

Moderne technieken voor genoomsequencing en bio-informatica bewijzen dat er in elke bacteriestam die ze bestuderen maar liefst dertig interessante genclusters kunnen voorkomen, en dat veel daarvan coderen voor natuurlijke producten die nog nooit eerder door wetenschappers zijn gedocumenteerd, zegt Shen, lid van de UF Health Cancer Center.

De ontdekking van de nieuwe cofactorloze enzymen is slechts het nieuwste voorbeeld van de chemische rijkdommen die in de collectie van het Wertheim UF Scripps Institute liggen, zei Shen. Hun ontdekking heeft geleid tot nieuwe opwinding over het verder onderzoeken van de redenen waarom de unieke chemie is geëvolueerd, en de manieren waarop deze nuttig kan blijken.

“Deze publicatie onderstreept hoeveel verrassingen de natuur nog voor ons in petto heeft,” zei Shen. “Het kan ons veel leren over fundamentele chemie en biologie en ons de tools en inspiratie bieden die we nodig hebben om laboratoriumresultaten te vertalen naar medicijnen die een impact hebben op de samenleving en die veel problemen aanpakken.” problemen waarmee de mensheid wordt geconfronteerd."

Naast Shen, Gui en Kalkreuter omvatten de auteurs van de studie, "Cofactorless oxygenases guide anthraquinone-fused enediyne biosynthese", Yu-Chen Liu, Ph.D.; Gennan Li, Ph.D.; Andrew D. Steele, Ph.D.; Dong Yang, Ph.D. van het Wertheim UF Scripps Institute, en Changsoo Chang, Ph.D., van het Argonne National Laboratory.

Meer informatie: Chun Gui et al, Cofactorloze oxygenasen begeleiden de biosynthese van antrachinon-gefuseerde enediyne, Natuurchemische biologie (2023). DOI:10.1038/s41589-023-01476-2

Journaalinformatie: Natuurchemische biologie

Aangeboden door Universiteit van Florida




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Informatie over bloedvaten
  2. Genen die verantwoordelijk zijn voor roodkleuring bij vogels gevonden
  3. Eenvoudig epitheelweefsel: definitie, structuur en voorbeelden
  4. Studie onthult nieuw inzicht in onsterfelijke plantencellen
  5. Onderzoekers stellen vast dat jaarlijks grote aantallen wilde berggeiten door lawines worden gedood
  6. Waarom krijgen demonen de schuld van slaapverlamming?
  7. Welke soorten cellen delen door mitose en cytokinese?
  8. Vrouwelijke dikhoornschapen met kleinere horens zijn minder geschikt voor de voortplanting, zo blijkt uit onderzoek
  9. Onderzoek toont aan dat planten het gebruik van corrigerende Tipp-Ex-eiwitten beperken

Wetenschap