25.01.2021 №4

image

В ИБОХ НАН Беларуси успешно развивается новая стратегия биотехнологии биологически значимых аналогов природных нуклеозидов.

Недавно ученые института обнаружили феномен ускорения ферментативного фосфоролиза нуклеозидов путем иммобилизации субстратов на анионообменных смолах, что служит основой для высокоэффективного синтеза противоопухолевых и противовирусных соединений.

В результате создано новое направление в биотехнологии фармакологически важных нуклеозидов. Над новой методологией работал авторский коллектив в составе главного научного сотрудника Института биоорганической химии НАН Беларуси, члена-корреспондента, доктора химических наук, профессора Игоря Михайлопуло и аспирантки Юлии Артемьевой (на фото).

Конденсация С1-альфа-фосфатов D-пентоз (ПФ-1Ф) с гетероциклическими основаниями в присутствии нуклеозид фосфорилаз является ключевой стадией синтеза нуклеозидов. Фосфоролиз коммерчески доступных нуклеозидов позволяет получить ПФ-1Ф с выходом менее 30%, что было проблемой до настоящего времени. Авторам впервые удалось решить эту задачу и получить ПФ-1Ф практически с количественным выходом. Исследование опубликовано в международном рецензируемом научном журнале Beilstein Journal of Organic Chemistry.

«Технологический потенциал предложенной методологии успешно протестирован на примере синтеза известных химиотерапевтических препаратов – неларабина и кладрибина, а также на других соединениях широкого спектра биологической активности, – замечает Игорь Александрович. – Методология основана на использовании анионообменных смол в качестве носителей неорганического фосфата в реакции фосфоролиза доступных или синтезируемых известными методами органической химии нуклеозидов-доноров, в качестве исходных субстратов для получения ПФ-1Ф в двух формах, в виде бариевых солей или ПФ-1Ф в связанной с анионообменной смолой форме, и их последующего использования как доноров ПФ-1Ф в конденсации с гетероциклическими основаниями».

Нуклеозиды – ключевые компоненты нуклеиновых кислот, ДНК и различных типов РНК. Аналоги природных нуклеозидов-метаболитов с измененной структурой гетероциклического основания и/или углеводной части молекулы представляют огромный интерес для молекулярной биологии и медицины. Более 80 лет назад была предложена антиметаболитная стратегия поиска лекарственных препаратов на основе аналогов природных соединений. Предполагалось, что антиметаболиты будут конкурировать с метаболитами в различных биохимических реакциях и ингибировать их, в первую очередь в трансформированных, опухолевых клетках. В результате изучения биохимии клеток млекопитающих, а также вирусов и бактерий был осуществлен синтез большого числа антиметаболитов, и некоторые из них стали эффективными препаратами для лечения опухолевых заболеваний и вирусных инфекций. Подавляющее число этих соединений было получено химическими методами и одновременно было показано, что использование ферментов обмена нуклеиновых кислот позволяет получить некоторые антиметаболиты со значительно более высокой эффективностью. Это было началом биотехнологии аналогов природных нуклеозидов.

Сегодня во всем мире большое внимание уделяется синтезу нуклеозидных лекарств. Большинство из них производится химическими методами, которые трудоемки, низко эффективны и несут значительную нагрузку на окружающую среду. В Институте биоорганической химии НАН Беларуси давно следуют новым тенденциям в биотехнологии фармакологически важных нуклеозидов – здесь на вооружении ферментативный синтез. Стратегия заключается в каскадном ферментативном превращении D-пентоз в нуклеозиды.

«Процесс превращения происходит путем согласованного последовательного действия рекомбинантных ферментов, рибокиназы, фосфопентомутазы и нуклеозид фосфорилаз из E. сoli, при этом последние играют ключевую роль в разработке высокоэффективных методов синтеза желаемых соединений. Нуклеозид фосфорилазы катализируют последнюю стадию каскада реакций – конденсацию ПФ-1Ф и гетероциклических оснований. Эта реакция обратима, зависит от ряда факторов и поэтому требует тщательной оптимизации. После детального анализа механизма конденсации мы и предложили новую универсальную методологию получения ПФ-1Ф и смещения равновесия реакции конденсации в сторону синтеза желаемого нуклеозида», – рассказывает Ю. Артемьева.

Исследования ученых института проводятся в рамках научного сотрудничества с отделом биотехнологии Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук и Технического университета Берлина.

Елена ПАШКЕВИЧ

Фото автора, «Навука»