Исследователи открыли высокоэффективный биокатализатор для производства лекарств на основе природных соединений
В биоэкономике биотехнологические процессы заменяют процессы, основанные на ископаемых ресурсах. Микроорганизмы и ферменты целенаправленно используются в качестве биокатализаторов для промышленного производства. Исследователи из Университета Байройта открыли фермент AmbDH3, который обладает значительными преимуществами в качестве биокатализатора. Он отлично подходит для производства лекарств на основе природных соединений, которые обещают широкий спектр медицинского применения. Обычные процессы синтеза этих веществ очень трудоемки. Открытие представлено в журнале ACS Catalysis.
Биотехнологическое производство природных соединений и лекарств
Природа содержит множество веществ, которые могут быть полезны для медицины. Однако из-за их сложной структуры эти природные продукты часто можно получить с большими затратами с помощью обычных химических процессов. Перспективный подход к решению этой проблемы — использование биокатализаторов, которые часто позволяют значительно упростить производство. Новый биокатализатор AmbDH3 можно использовать для получения кольцеобразных строительных блоков природных соединений — так называемых тетрагидропиранов. Они часто обуславливают биологическую активность природных продуктов и поэтому играют важную роль в медицинских применениях.
В исследовании ученым удалось доказать, что с помощью AmbDH3 можно получить антибиотически активный (–)-центролобин. На этой основе исследовательская группа намерена заняться синтезом других, еще более сложных природных продуктов, содержащих тетрагидропираны. Один из примеров — бриостатины, которые представляют большой интерес для фармацевтических исследований из-за их противовирусной активности. Они могут даже подойти для лечения рака или болезни Альцгеймера.
Универсальный и мощный биокатализатор
Тетрагидропираны — это кольцеобразные молекулы, относящиеся к химической группе гетероциклов. Исследовательская группа показывает, что с помощью биокатализатора AmbDH3 можно получить разнообразные гетероциклы. Новый биокатализатор позволяет точно контролировать пространственную структуру получаемых кольцеобразных молекул. Кроме того, AmbDH3 — очень стабильный фермент, пригодный для производства больших количеств целевого вещества. До сих пор не был известен биокатализатор, сочетающий все эти свойства.
Ученые обнаружили AmbDH3, изучая бактерии, которые используют этот фермент для производства амбрутицина — потенциального кандидата в лекарства для лечения грибковых заболеваний.
На пути к устойчивой биоэкономике
«Я ожидаю будущего применения фермента AmbDH3 в первую очередь в производстве активных фармацевтических ингредиентов, а также в синтезе тонких химикатов. Мы уверены, что сможем обнаружить и другие ферменты, родственные AmbDH3, что еще больше расширит репертуар этих биокатализаторов. Наша работа доказала, что биокатализ может внести значительный вклад в создание более ориентированной на природные ресурсы экономики и тем самым способствовать решению ключевых социальных задач», — говорит руководитель исследования.
Промышленная («белая») биотехнология незаменима для развития устойчивой биоэкономики. Позволяя микроорганизмам или ферментам взять на себя производство веществ, которые ранее получали с помощью «искусственных» химических синтезов, можно экономить энергию и использовать значительно меньше токсичных химикатов. Химическая и фармацевтическая промышленность очень заинтересованы в таких щадящих процессах. «С помощью новых биокатализаторов области, которые до недавнего времени были зарезервированы за традиционными методами химического синтеза, могут быть открыты для биоэкономики. В будущем важно будет целенаправленно сочетать преимущества обоих подходов в исследованиях и разработках», — объясняют авторы.