Το DNA αποκαλύπτει μια απρόσμενη δύναμη που μπορεί να αλλάξει τη φαρμακοβιομηχανία
Το DNA είναι γνωστό ως ο φορέας της ζωής, ο κώδικας που καθορίζει τα χαρακτηριστικά κάθε οργανισμού. Όμως, ερευνητές από το National University of Singapore (NUS) ανακάλυψαν ότι το μόριο που μεταφέρει τις γενετικές μας πληροφορίες μπορεί να κάνει κάτι πολύ πέρα από αυτό: να λειτουργεί ως «καταλύτης» για τη δημιουργία καθαρών, αποδοτικών και πιο οικολογικών φαρμάκων.
Η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Zhu Ru-Yi αποκάλυψε ότι συγκεκριμένα τμήματα του DNA, γνωστά ως φωσφορικές ομάδες, μπορούν να καθοδηγήσουν χημικές αντιδράσεις έτσι ώστε να παράγεται η σωστή «κατοπτρική» μορφή ενός μορίου. Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο που παράγονται φάρμακα, μειώνοντας τα απόβλητα και την ενεργειακή κατανάλωση.
Στον κόσμο της χημείας, πολλά φάρμακα είναι χημικά μόρια που εμφανίζονται σε δύο μορφές-καθρέφτες, γνωστές ως εναντιομερή. Η σχέση τους μοιάζει με τα ανθρώπινα χέρια: ίδια στη δομή, αλλά ασύμμετρα. Το πρόβλημα είναι ότι μόνο η μία μορφή μπορεί να είναι βιολογικά ενεργή, ενώ η άλλη συχνά δεν έχει αποτέλεσμα ή, χειρότερα, μπορεί να είναι τοξική.
Η παραγωγή μόνο της σωστής μορφής αποτελεί μια από τις πιο δύσκολες και ενεργοβόρες διεργασίες στη φαρμακοβιομηχανία. Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες βασίζονταν σε περίπλοκες τεχνικές ή σε ακριβούς καταλύτες για να διασφαλίσουν τη σωστή μορφή. Η νέα μέθοδος που αναπτύχθηκε στη Σιγκαπούρη υπόσχεται να απλοποιήσει ριζικά αυτή τη διαδικασία, αξιοποιώντας τη φυσική συμπεριφορά του ίδιου του DNA.
Διαβάστε επίσης
Οι φωσφορικές ομάδες του DNA φέρουν αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο, και γι’ αυτό έλκουν θετικά φορτισμένα μόρια, όπως ακριβώς συμβαίνει και μέσα στα κύτταρα, όπου το DNA αλληλεπιδρά με πρωτεΐνες. Η ομάδα του Zhu αναρωτήθηκε αν αυτή η ελκτική δύναμη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στο εργαστήριο για να «κατευθύνει» χημικές αντιδράσεις με μεγαλύτερη ακρίβεια.
Το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό: οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι οι φωσφορικές ομάδες λειτουργούν σαν μικροσκοπικοί μαγνήτες, τραβώντας τα θετικά μόρια στη σωστή θέση για να αντιδράσουν. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως «ιονική σύζευξη» (ion pairing), επιτρέπει στα αντιδρώντα μόρια να ευθυγραμμιστούν σωστά ώστε να παραχθεί μόνο η επιθυμητή κατοπτρική μορφή του φαρμάκου.
Αυτό που κάνει τη μέθοδο πραγματικά σημαντική είναι η καθολικότητά της. Το φαινόμενο δεν περιορίζεται σε μια συγκεκριμένη κατηγορία αντιδράσεων, αλλά μπορεί να εφαρμοστεί σε ποικίλες χημικές μετατροπές. Για πρώτη φορά, το DNA αποδεικνύεται ικανό να παίζει ενεργό ρόλο όχι μόνο στη βιολογία, αλλά και στη συνθετική χημεία.
Για να εντοπίσουν ποιες φωσφορικές ομάδες του DNA ήταν υπεύθυνες για αυτή τη «χημική καθοδήγηση», η ομάδα ανέπτυξε μια νέα πειραματική τεχνική με το όνομα “PS scanning”. Η διαδικασία περιλαμβάνει τη συστηματική αντικατάσταση συγκεκριμένων φωσφορικών θέσεων με σχεδόν πανομοιότυπες, αλλά χημικά ουδέτερες, εκδοχές τους. Αν η αντικατάσταση προκαλούσε μείωση της ακρίβειας στην αντίδραση, αυτό σήμαινε ότι η αρχική θέση έπαιζε κρίσιμο ρόλο.
Για να επαληθεύσουν τα αποτελέσματα, συνεργάστηκαν με τον καθηγητή Zhang Xinglong από το Chinese University of Hong Kong, ο οποίος χρησιμοποίησε προσομοιώσεις υπολογιστών για να επιβεβαιώσει τα πειραματικά δεδομένα. Έτσι, η μελέτη συνδύασε προηγμένα εργαστηριακά πειράματα με υπολογιστική χημεία, δίνοντας ένα ολοκληρωμένο μοντέλο του πώς το DNA μπορεί να κατευθύνει αντιδράσεις σε μοριακό επίπεδο.
Όπως εξηγεί ο Zhu, «η φύση δεν χρησιμοποιεί ποτέ τα φωσφορικά του DNA ως καταλύτες, αλλά αποδείξαμε ότι, με σωστό σχεδιασμό, μπορούν να λειτουργήσουν σαν τεχνητά ένζυμα». Η ιδέα αυτή φέρνει μια νέα φιλοσοφία στη χημική μηχανική: αξιοποίηση φυσικών βιομορίων για τον σχεδιασμό “πράσινων” διαδικασιών που μιμούνται τη φύση, χωρίς να την αντιγράφουν άκριτα.
Η δυνατότητα του DNA να κατευθύνει αντιδράσεις μέσα σε νερό χωρίς την ανάγκη τοξικών διαλυτών ή βαρέων μετάλλων καθιστά αυτή την προσέγγιση εξαιρετικά ελκυστική για τη βιώσιμη παραγωγή φαρμάκων. Ο Zhu πιστεύει ότι η τεχνολογία αυτή μπορεί να αποτελέσει τη βάση για μια νέα γενιά χημικών διεργασιών που θα μειώνουν το ενεργειακό αποτύπωμα και τα απόβλητα.
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να επεκτείνει τη μελέτη της, εξετάζοντας πώς τα φωσφορικά του DNA μπορούν να αξιοποιηθούν στη σχεδίαση νέων χημικών καταλυτών για την παραγωγή χημικά ασύμμετρων ενώσεων. Η προσέγγιση αυτή θα μπορούσε να προσφέρει ένα ισχυρό εργαλείο στη δημιουργία φαρμάκων επόμενης γενιάς, πιο καθαρών, πιο αποδοτικών και πιο φιλικών προς το περιβάλλον.
[source]
