Безопасный препарат против бактерий
Химики ТПУ научились с помощью света изменять скелет молекул моносахаридов
Ученые ТПУ совместно с зарубежными коллегами разработали технологию, которая позволяет в одну стадию изменять скелет молекулы простых сахаров, превращая их в нетипичные углеводы. Такой тип углеводов встречается в качестве продукта обмена веществ у бактерий, но не у млекопитающих, а значит, можно создать с помощью таких веществ фармацевтические препараты с заведомо низкой токсичностью для организма.
Научный сотрудник исследует молекулярную наноструктуру
Фото: Станислав Тихомиров, Коммерсантъ
Научный сотрудник исследует молекулярную наноструктуру
Фото: Станислав Тихомиров, Коммерсантъ
Моносахаридами, или простыми сахарами, называют углеводные соединения, состоящие из одной молекулы сахара. К ним, например, относятся глюкоза и фруктоза. Данные соединения являются главными кандидатами для искусственного получения специфических углеводов.
На сегодняшний день синтез нетипичных сахаров — длительный и сложный процесс, который состоит из множества стадий с получением крайне нестабильных промежуточных соединений, которые могут разрушаться при изменении интенсивности света, незначительном перепаде температуры или под воздействием воздуха.
Химики Томского политехнического университета совместно с зарубежными коллегами разработали альтернативную методологию синтеза нетипичных сахаров, которая позволяет в одну стадию создать устойчивые соединения в мягких условиях.
«Предложенный нами метод позволяет с помощью фотокатализатора запускать химическую реакцию в строго определенном месте молекулы углевода с получением предсказанного продукта. Это было доказано лабораторными исследованиями на более чем десяти натуральных сахарах, в том числе на фруктозе, глюкозе, галактозе и других»,— рассказала руководитель проекта, заведующая лабораторией «Химическая инженерия и молекулярный дизайн» ТПУ Елена Степанова.
Полученные фундаментальные знания открывают перспективные возможности для развития фармакологии. Например, разработанная технология может лечь в основу создания лекарственных препаратов, обладающих низкой токсичностью для организма животных или человека.
В исследованиях принимали участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Королевского технологического института Стокгольма.
Елена Степанова, заведующая лабораторией «Химическая инженерия и молекулярный дизайн» ТПУ, ответила на вопросы «Ъ-Науки»:
— Что такое нетипичные углеводы? Чем они отличаются от «типичных»?
— Известно, что нетипичные углеводы встречаются в качестве продукта обмена веществ у бактерий, но не у млекопитающих. Они обладают специфическим строением. Нетипичные углеводы являются перспективными соединениями для создания лекарственных препаратов нового поколения, обладающих заведомо низкой токсичностью для животных и человека. Однако данный класс биологически активных соединений крайне сложно выделить из окружающей среды. Именно поэтому перед учеными встала задача получения соединений синтетическим путем.
На сегодняшний день синтез нетипичных сахаров — достаточно длительный и сложный процесс, который состоит из множества стадий с получением крайне нестабильных промежуточных соединений, которые могут разрушаться при облучении светом, нагревании или под воздействием воздуха.
Химики Томского политехнического университета совместно с зарубежными коллегами разработали альтернативную методологию синтеза нетипичных сахаров, которая позволяет в одну стадию создать нетипичные сахара в мягких условиях.
— Как проходило исследование?
— Ученые синтезировали силильную редокс-активную группу, которая одновременно выполняет защитную, активирующую и направляющую функции. Она крепится к первичному гидроксилу сахара. Далее под действием фотокатализатора на ней формируется радикал, который, словно рука, дотягивается до нужного атома в углеводном кольце и отрывает атом водорода. В этом месте, где раньше был водород, к молекуле крепится алкильная группа, которая завершает превращение сахаров в нетипичные.
В исследовании мы представляем новый метод фотокаталитического С-алкилирования сахаров регио-и стереоспецифично. То есть радикал всегда будет отрывать атом водорода только в одном конкретном месте, до которого дотягивается «рука». Это было доказано лабораторными исследованиями на более чем десяти натуральных сахарах, в том числе на фруктозе, глюкозе, галактозе и других.
— Почему ученые считают, что у фармацевтических препаратов, созданных на основе нетипичных углеводов, будет низкая токсичность? Возможно ли быстро внедрить эту технологию в изготовление лекарственных препаратов?
— Работа химиков Томского политехнического университета и их зарубежных коллег является фундаментальным исследованием, и говорить о создании новых препаратов пока рано.
Сами по себе полученные соединения — это не лекарство. Но тот факт, что они нормальны для бактерий и нехарактерны для млекопитающих, позволяет предположить, что препараты на их основе не будут усваиваться организмом животных или человека, но будут воздействовать на патогенные микроорганизмы. Тестирование таких препаратов — работа для биологов.
Подготовлено при поддержке Минобрнауки
Исследования выполнены при поддержке программы «Молодежные лаборатории» Минобранауки РФ (№075–03–2024–118/1). Результаты работы опубликованы в журнале Angewandte Chemie (Q1, IF:16.1).