Kompleks Bileşiklere Kükürt Yerleştirmek için Doğada Keşfedilen Yeni Bir Yöntem
Fotoğraf 1 : Florida, Scripps Research’te Dr. Ben Shen’in laboratuvarında çalışan bilim adamları, mikrobiyal suş koleksiyonlarındaki bakteri genomlarını çıkararak yeni bir kükürt yükleyen enzim ailesi buldular.
Persülfit adı verilen bir grup yüksek oranda reaktif bileşik, doğadaki rolleri ve yapılarını ve işlevlerini değiştirmek için proteinlerle nasıl etkileşime girdiklerinden, sağlığı, yaşlanmayı ve hastalık süreçlerini etkileyerek biyokimyacılar arasında büyük bir merak uyandırmıştır. Ancak persülfitleri ve etkilerini incelemek, kimyasal kararsızlık nedeniyle zorlayıcı olmuştur. Persülfitler üretilir üretilmez, yakındaki moleküllerle reaksiyona girmek isterler.
28 Eylül 2021’de Nature Communications’da yayınlanan Scripps Research’ün Florida kampüsünden yapılan yeni araştırma, doğanın bu sorunu çözdüğü ve kükürt yerleştirmede rol oynayan yardımcı enzimlerin üretilmesi yoluyla persülfitleri kullandığı önceden bilinmeyen bir yolu ortaya koyuyor. Keşif, araştırmacılara laboratuvarda potansiyel olarak önemli kükürt bazlı moleküller üretmek için yeni bir yöntem sağlıyor ve doğanın büyüleyici biyolojik gizemlerinden birine bir cevap sunuyor: Kükürt ilk etapta karmaşık moleküllere nasıl entegre olur?
Fotoğraf 2. Florida, Jupiter’deki Scripps Araştırma Kimya Bölümü profesörü ve başkanı Ben Shen, proteinlere kükürt molekülleri yerleştiren yeni bir enzim grubu keşfetti. Dünyanın en büyük mikrobiyal doğal ürün koleksiyonlarından biri olan enstitüde benzersiz bir kaynak, keşfi mümkün kıldı. Biyolojide, kükürt kimyası yaşlanma ve hastalıkta rol oynar, ancak reaktivitesi nedeniyle incelenmesi zordur.
Kükürt yaşamın beşinci en yaygın elementidir, ancak doğa onu küçük moleküllere yerleştirmek için nispeten az sayıda mekanizma kullanır. Shen, bu sınırlı mekanizmalar göz önüne alındığında, guangnanmisin ve leinamisin de dahil olmak üzere incelediği ilginç bileşiklerin yapısına kükürt atomlarının nasıl dahil edilebileceğini uzun süre merak etti.
İlk olarak 1989 yılında keşfedilen leinamisin, antimikrobiyal ve antikanser özellikler gösteren doğal bir maddedir. Shen ve ekibi, büyüyen mikrobiyal suş koleksiyonlarının yardımıyla, 2017’de, aslında doğada önemli bir leinamisin varyantları ailesinin düzinelerce üyesini keşfetti. Shen, leinamisinin iki kükürtünün antikanser aktivitesinin anahtarı olduğunu buldu. Scripps Research Florida tarafından dünyanın en büyük mikrobiyal tür koleksiyonlarından birinin yakın zamanda satın alınması, Shen’in grubuna, doğanın katalizörleri olan yeni enzimler için hedeflenen araştırma yoluyla soruyu araştırmak için yeni bir yol sundu. Bu süreç, ilgilenilen suşların daha büyük miktarlarda yetiştirilmesini, ardından enzimlerin açıklayıcı işaretleri için genetik materyallerinin sıralama ve analiz edilmesini içerir.
Shen, artık doğanın iki kükürt atomunu aynı anda küçük bir moleküle yerleştirdiği yeni bir mekanizma keşfettiklerini ve istikrarsızlıklarındaki uzun süreli zorluğun üstesinden geldiklerini, bu özel bulgu, doğal ürün türü koleksiyonumuzun ne kadar güçlü olduğunu ve yenilikçi şeyler yapmamızı nasıl sağladığını gösterdiğine değindi.
Florida’daki Scripps Research’teki doğal ürün koleksiyonu, streptomisinin (bir antibiyotik ilaç) keşfedilmesinden sonraki on yıllar boyunca dünya çapındaki araştırma grupları tarafından toplanan 125.000’den fazla bakteri türünü içerir. Topraktan gelen bakteriler, düşmanca ve rekabetçi bir dünyada hayatta kalabilmek için çeşitli, biyolojik olarak aktif doğal ürünler geliştirmelidir. Shen, bu doğal ürünlerin, keşfedilebilir, incelenebilir ve anlaşılabilirse, ilaç işlevi görme veya başka amaçlara hizmet etme konusunda muazzam bir potansiyele sahip olduğunu söylüyor.
Yayının baş yazarı Dr. Song Meng, bu molekülleri inşa etmek için bakterilerin kendilerinin kimyager olarak hareket etmelerini ve bazen yeni katalitik enzimler gibi yenilikçi süreçler tasarlamalarını gerektirdiğini söylüyor.
Meng, doğal ürünlerin incelenmesi, insanlığın şimdiye kadar gördüğü en karmaşık yapıları oluşturmak için doğanın basit yapı taşlarını nasıl kullandığını olanak tanıdığını, bu da tüm organik kimya alanında enzim keşfi ve potansiyel etki için fırsatlar sağladığına değindi.
Kısa bir süre sonra, doğanın tüm leinamisin doğal ürün ailesini oluşturmak için anahtar ara ürünler olarak persülfitleri yapmak için kullandığı daha önce bilinmeyen bir enzim ailesi olan tiyosistein liyazlarını keşfettiler.
Bu çalışmanın ortak yazarı Edward Kalkreuter geleneksel olarak bir seferde yalnızca bir biyosentetik yol incelenebilirken, suş koleksiyonlarının artık evrimsel olarak ilişkili aileleri keşfetmeye ve böylece birçok benzer yolu aynı anda karşılaştırmaya ve değerlendirmeye imkan sağladığına değindi.
Persülfit oluşumunu sağlayan enzimlerin gelecekte çok çeşitli potansiyel uygulamalara sahip olması muhtemeldir. Steele, persülfitlerin çok sayıda temel ve hastalıkla ilgili biyokimyasal sistemde bulunduğunu, ancak sentetik kimya alanının emrinde onları üretmek için yalnızca birkaç özel yöntem var olduğunu söylüyor.
Bu çalışma, kükürt içeren bileşikleri tasarlamak için gereken araç kutusunu zenginleştiriyor ve sentetik biyologların kimya, biyoloji ve tıbbı etkilemek için tamamen yeni molekül sınıfları geliştirmesinin yolunu açıyor.
Kaynak. scitechdaily.com
