Badania naukowców z National University of Singapore prowadzą do fascynującej konkluzji – fosforany DNA mogą pełnić funkcję katalizatorów chiralnych, kierując reakcje chemiczne w taki sposób, aby selektywnie wytwarzać pożądaną wersję danego leku. To odkrycie, choć na wczesnym etapie, może potencjalnie zrewolucjonizować sposób produkcji farmaceutyków, czyniąc go bardziej przyjaznym dla środowiska i efektywnym ekonomicznie.
DNA przyda się do produkcji leków
Wiele substancji leczniczych charakteryzuje się chiralnością, co oznacza, że występują w dwóch lustrzanych formach, podobnie jak ludzkie dłonie. Problem polega na tym, że te dwie wersje mogą działać w organizmie zupełnie inaczej. Często tylko jedna forma jest skuteczna terapeutycznie lub bezpieczna dla pacjenta, podczas gdy druga bywa nieaktywna lub wręcz szkodliwa. Tradycyjne metody produkcji takich związków wymagają stosowania kosztownych i czasochłonnych procesów separacji albo wykorzystania specjalistycznych katalizatorów. Większość z nich opiera się na rozpuszczalnikach organicznych, które nie są przyjazne dla środowiska, a uzyskanie wysokiej selektywności stanowi poważne wyzwanie technologiczne.
Czytaj też: DNA ma ukryty kod geometryczny. Drugi język życia odkryty przez naukowców
Zespół pod kierunkiem asystenta prof. Zhu Ru-Yi odkrył, że grupy fosforanowe DNA mogą przyciągać i kierować dodatnio naładowane reagenty poprzez interakcje par jonowych. Ten mechanizm pozwala DNA działać jak sztuczne enzymy, choć warto zaznaczyć, że natura nigdy nie wykorzystuje fosforanów DNA w tej roli. To przykład tego, jak naukowcy mogą projektować zupełnie nowe funkcje dla biologicznych cząsteczek. Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Catalysis.
Singapurscy badacze opracowali innowacyjną metodę eksperymentalną nazwaną PS scanning, która pozwoliła zidentyfikować dokładnie które fragmenty DNA są odpowiedzialne za katalityczne właściwości. To narzędzie umożliwiło precyzyjne mapowanie aktywnych centrów katalitycznych w strukturze DNA. Współpraca z prof. Zhang Xinglong z The Chinese University of Hong Kong okazała się kluczowa dla potwierdzenia odkrycia – symulacje komputerowe przeprowadzone przez zespół z Hongkongu dostarczyły teoretycznego potwierdzenia mechanizmu działania fosforanów DNA jako katalizatorów.
Jedną z najważniejszych zalet nowego podejścia jest możliwość prowadzenia reakcji w środowisku wodnym zamiast w tradycyjnych rozpuszczalnikach organicznych. To fundamentalna zmiana, ponieważ woda jest nietoksyczna, tania i łatwo dostępna, podczas gdy rozpuszczalniki organiczne często stanowią zagrożenie dla środowiska i zdrowia pracowników. Katalizatory DNA wykazują dynamiczną i adaptacyjną naturę zależną od kationów, co odróżnia je od wysoce specyficznych systemów enzymatycznych. Ta elastyczność może okazać się kluczowa w zastosowaniach praktycznych, gdzie warunki reakcji mogą się zmieniać.
Metoda ma szczególny potencjał w produkcji złożonych, wysokowartościowych cząsteczek stosowanych w nowoczesnych produktach farmaceutycznych. Zespół badawczy planuje dalsze eksplorowanie możliwości wykorzystania fosforanów DNA w tworzeniu związków chiralnych dla rozwoju leków. Naukowcy widzą potencjał zastosowania tej technologii nie tylko w przemyśle farmaceutycznym, ale także w produkcji agrochemikaliów i materiałów funkcjonalnych.
Przejście od odkrycia laboratoryjnego do przemysłowego wdrożenia to zwykle długa i kosztowna droga. Perspektywy wydają się jednak interesujące, zwłaszcza biorąc pod uwagę rosnące zapotrzebowanie na bardziej zrównoważone metody produkcji leków. Jeśli uda się pokonać wyzwania związane ze skalowaniem procesu i kosztami, ta metoda może rzeczywiście przyczynić się do stworzenia bardziej ekologicznego przemysłu farmaceutycznego.
