FM Petja Rosenqvist valmisti väitöstutkimuksessaan nukleotideja luonnollisista C-nukleosideista puolisynteettisellä eli biologisia prosesseja hyödyntävällä synteesimenetelmällä.

Valmistettujen nukleotidien ja RNA-polymeraasien välisiä vuorovaikutuksia tutkimalla Rosenqvist kartoitti kyseisten yhdisteiden lääkinnällistä käyttökelpoisuutta ja havaitsi, että etenkin erään C-nukleosidityypin jatkokehitys voisi luoda uuden antibioottityypin.

Puolisynteettisestä valmistustavasta voisi olla suuriakin hyötyjä

Termi C-nukleosidi viittaa nukleosideihin, joissa riboosisokeri- ja nukleoemäsosat ovat liittyneet toisiinsa C-glykosidisen sidoksen välityksellä tavanomaisen N-glykosidisen sidoksen sijaan. Kyseinen sidos tekee C-nukleosideista hydrolyyttisesti kestävämpiä ja pitkäikäisempiä fysiologisissa olosuhteissa, mitkä ovat lääkeaineilta usein toivottuja ominaisuuksia.

Lukuisia täysin synteettisiä C-nukleosideja on valmistettu testattavaksi monia eri tauteja vastaan, mutta myös eräät mikrobit tuottavat bioaktiivisia C-nukleosideja, oletettavasti osana kemiallista puolustustaan.

Väitöstutkimuksessaan Rosenqvist eristi bakteerien kasvualustoilta C-nukleosideihin kuuluvat oksatsinomysiinin, showdomysiinin ja pseudouridimysiinin. Rosenqvist havaitsi biologista prosessia hyödyntävällä synteesillä useita etuja.

”Verrattuna yhdisteiden kemialliseen synteesiin valmiiden tuotteiden eristäminen bakteeriviljelmistä onnistui paljon nopeammin, ja lisäksi kemikaalijätettä syntyi vähemmän. Teollisessa mittakaavassa tällaisesta puolisynteettisestä valmistustavasta voisi olla suuriakin taloudellisia ja ekologisia hyötyjä”, Rosenqvist sanoo tiedotteessa.

Jatkokehitys voisi luoda kokonaan uuden antibioottityypin

RNA-polymeraasit ovat biologisesti tärkeän roolinsa vuoksi otollisia kohteita monille nukleosideja matkiville lääkeaineille. Niiden tehtävänä on valmistaa (ribo)nukleotidien ketjuja eli RNA:ta käyttämällä nukleosidien 5´-trifosfaatteja rakennusosina.

Tutkiakseen C-nukleosidien vuorovaikutuksia RNA-polymeraasien kanssa Rosenqvist muunsi ne kemiallisen fosforylaation avulla 5´-trifosfaateiksi, RNA-polymeraasien käytettävissä olevaan muotoon. RNA-polymeraasit pystyivät esimerkiksi liittämään valmistetun oksatsinomysiini-5´-trifosfaatin (OTP) valmistamaansa RNA-nauhaan yhtä tehokkaasti kuin luonnollisen substraatin.

”Valmistettujen nukleotidien sisältämä C-glykosidinen sidos ei itsessään näytä vaikuttavan niiden kykyyn toimia RNA-polymeraasin substraattina. Sen sijaan C-glykosidisen sidoksen mahdollistamat muut rakenteelliset erot lienevät merkittävämpiä vaikutuksiltaan polymeraasin toiminnan kannalta. Koska OTP toimikin lähes luonnollisen substraatin tavoin, on mahdollista, että se toimisi solussa Troijan hevosen tavoin tullen liitetyksi osaksi RNA-nauhaa ja häiritsisi sitten valmiin RNA:n toimintaa esimerkiksi proteiinisynteesissä”, Rosenqvist sanoo.

Sen sijaan showdomysiinillä on poikkeuksellisen reaktiivinen luonne, mikä hankaloitti yhdisteen käsittelyä ja jatkotutkimuksia.

Vähentääkseen reaktiivisuutta, Rosenqvist muokkasi showdomysiinin rakennetta erilaisilla rakenteilla. Muokkauksen jälkeen fosforylointi 5´-trifosfaateiksi onnistui ja positiivisena yllätyksenä yksi showdomysiinijohdannainen osoitti lievää selektiivisyyttä bakteriaalista RNA-polymeraasia kohtaan.

”Vaikka tämä johdannainen ei sitoutunutkaan polymeraasiin kovin vahvasti, selektiivisyys yhtä polymeraasityyppiä kohtaan on lupaava tulos. Juurikin bakteriaalista RNA-polymeraasia vastaan ei ole tällä hetkellä käytössä yhtäkään nukleosidilääkettä, joten showdomysiinijohdannaisten jatkokehitys selektiivisyyden ja tehon parantamiseksi voisi luoda kokonaan uuden antibioottityypin”, Rosenqvist sanoo.

Lue lisää: