Shkencëtarët zbulojnë çelësin për fuqinë e një trajtimi të mundshëm natyror të kancerit

Të fjetur mes mijëra llojeve bakteriale në një koleksion ekzemplarësh natyralë në Institutin Herbert Wertheim UF Scripps për Inovacionin dhe Teknologjinë Biomjekësore, disa shishe të brishta mbanin diçka të papritur dhe ndoshta shumë të dobishme.

Duke shkruar në revistën Nature Chemical Biology , një ekip i udhëhequr nga kimisti Ben Shen, Ph.D., përshkroi zbulimin e dy enzimave të reja, ato me veti unike të dobishme që mund të ndihmojnë në luftën kundër sëmundjeve njerëzore, përfshirë kancerin. Zbulimi, i publikuar javën e kaluar, ofron mënyra potencialisht më të lehta për të studiuar dhe prodhuar kimikate komplekse natyrore, duke përfshirë ato që mund të bëhen ilaçe.

Kontributi i kimikateve bakteriale në historinë e zbulimit të ilaçeve është i jashtëzakonshëm, tha Shen, i cili drejton Qendrën e Zbulimit të Produkteve Natyrore në institut, një nga koleksionet më të mëdha në botë të produkteve natyrore mikrobike.

“Pak njerëz e kuptojnë se gati gjysma e antibiotikëve dhe ilaçeve kundër kancerit të miratuara nga FDA në treg janë produkte natyrale ose janë të frymëzuara prej tyre,” tha Shen. “Natyra është kimisti më i mirë për të bërë këto produkte komplekse natyrore. Ne po aplikojmë teknologji moderne gjenomike dhe mjete llogaritëse për të kuptuar kiminë dhe enzimologjinë e tyre magjepsëse, dhe kjo po çon në përparim me shpejtësi të paparë. Këto enzima janë shembulli më i fundit emocionues.”

Enzimat që ekipi zbuloi kanë një emër përshkrues, nëse janë të pafuqishëm. Ato quhen “oksigjenaza pa kofaktor”. Kjo do të thotë se enzimat bakteriale tërheqin oksigjenin nga ajri dhe e inkorporojnë atë në komponime të reja, pa kërkuar që metalet tipike ose kofaktorë të tjerë të fillojnë reaksionin e nevojshëm kimik.

Kjo mënyrë e re e sintetizimit të substancave mbrojtëse do të jepte një avantazh mbijetese, duke i mundësuar organizmit të shmangë infeksionet ose pushtuesit. Dhe për shkak se enzimat janë për kimistët ashtu siç janë për një zdrukthëtar, ato u ofrojnë shkencëtarëve mënyra të reja për të krijuar gjëra të dobishme, thanë autorët e parë të gazetës, studiuesit postdoktoral Chun Gui, Ph.D., dhe Edward Kalkreuter, Ph.D. .

Menjëherë, zbulimi i enzimave, TnmJ dhe TnmK2, zgjidh një mister të vazhdueshëm se si një antibiotik dhe kompleks antikancerogjen i mundshëm që laboratori Shen kishte zbuluar për herë të parë në vitin 2016, tiancimicina A, arriti një fuqi të tillë, thanë Gui dhe Kalkreuter.

Enzimat u mundësojnë baktereve të prodhojnë komponime për synimin dhe ndarjen e ADN-së, tha Gui. Kjo do të ishte jashtëzakonisht e dobishme për të luftuar një virus ose mikrob tjetër – ose për të vrarë kancerin.

Tiancimicina A po zhvillohet si pjesë e një terapie me antitrupa që synon kancerin. Këto lloje të terapive të kombinuara antitrupa-ilaçe përfaqësojnë një qasje të re me rritje të shpejtë për të luftuar kancerin. Por një hap kritik për përdorimin e tiancimicinës A si ngarkesë e antitrupave po bën mjaft për ta studiuar atë në një shkallë më të madhe. Kjo doli sfiduese.

“Edhe pasi identifikuam gjenet përgjegjëse për kodimin e tiancimicinës A, disa nga hapat e nevojshëm për sintetizimin e saj nuk mund të parashikoheshin”, tha Gui. “Dy enzimat e përshkruara në studimin aktual janë shumë të pazakonta.”

Tiancimicina A u gjet për herë të parë në një bakter që banon në tokë, një lloj Streptomyces nga koleksioni i shtameve në Qendrën e Zbulimit të Produkteve Natyrore. Për të bërë armën e tij të fuqishme kimike, organizmit iu desh të zgjidhte një problem. Në njëfarë mënyre iu desh të thyente tre lidhje shumë të qëndrueshme karbon-karbon dhe t’i zëvendësonte ato me lidhje më reaktive karbon-oksigjen. Për një kohë të gjatë, shkencëtarët nuk mund të kuptonin se si bakteret e menaxhuan atë arritje.

Thyerja e misterit përfshinte gjetjen e baktereve të tjera natyrale të ngjashme me tiancimicin A, që prodhojnë produkte natyrale midis koleksionit të Qendrës së Zbulimit të Produkteve Natyrore të institutit prej 125,000 shtamesh bakteriale , dhe analizimin e gjenomave të tyre për të kërkuar sugjerime evolucionare.

Koleksioni historik ishte vendosur prej kohësh në bodrumin e një kompanie farmaceutike, i mbledhur gjatë dekadave pas zbulimit të penicilinës në nxitimin shpresëdhënës të komunitetit shkencor për të gjetur antibiotikun tjetër të madh. Koleksioni gjeneroi disa ilaçe historikisht të rëndësishme gjatë viteve, duke përfshirë antibiotikun e tuberkulozit, streptomicinën dhe ilaçin e transplantit të organeve sirolimus. Por shumica e shtameve bakteriale të thara në ngrirje të koleksionit kishin mbetur në shishet e tyre prej qelqi, të paeksploruara.

Në vitin 2018, Shen fitoi një konkurs për koleksionin, në mënyrë që ai të mund të hetohej plotësisht në një mjedis akademik, ku do të ishte i hapur për shkencën. Ekipi i tij tani po zhvillon mënyra për të studiuar shtamet, për të lexuar gjenomet e tyre dhe për të depozituar informacionin në një bazë të dhënash të kërkueshme për komunitetin shkencor.

Teknikat moderne të sekuencës së gjenomit dhe bioinformatikës po dëshmojnë se mund të ketë deri në 30 grupime gjenesh interesante në çdo lloj bakteri që ata studiojnë, dhe shumë prej tyre kodojnë për produkte natyrore të dokumentuara kurrë më parë nga shkencëtarët, tha Shen, i cili është një anëtar i Qendra Shëndetësore e Kancerit UF.

Zbulimi i enzimave të reja pa kofaktor është vetëm shembulli i fundit i pasurisë kimike që gjendet brenda koleksionit të Institutit Wertheim UF Scripps, tha Shen. Zbulimi i tyre ka ngjallur emocione të reja për hetimin e mëtejshëm të arsyeve të evoluimit të kimisë unike dhe mënyrave se si ajo mund të jetë e dobishme.

“Ky botim nënvizon se sa shumë surpriza ka natyra ende për ne,” tha Shen, “ai mund të na mësojë shumë rreth kimisë dhe biologjisë themelore dhe të na ofrojë mjetet dhe frymëzimin që na duhen për të përkthyer gjetjet laboratorike në ilaçe që ndikojnë në shoqëri dhe adresojnë shumë. problemet me të cilat përballet njerëzimi”.

Përveç Shen, Gui dhe Kalkreuter, autorët e studimit, “Oksigjenazat pa kofaktor udhëzojnë biosintezën e enediyne të bashkuar me antrakinon”, përfshijnë Yu-Chen Liu, Ph.D.; Gengnan Li, Ph.D.; Andrew D. Steele, Ph.D.; Dong Yang, Ph.D. i Institutit Wertheim UF Scripps dhe Changsoo Chang, Ph.D., i Laboratorit Kombëtar Argonne.