Enzyme evolved to selectively functionalise carbon–hydrogen bonds — ABC Chemicals


Enzyme evolved to selectively functionalise carbon–hydrogen bonds - ABC Chemicals

Бумага, на которой была основана эта история, теперь отозвана авторами.

Управляемая эволюция была использована для создания ферментов, которые могут функционировать углерод-водородные связи с беспрецедентной селективностью, чтобы они могли точно амидировать свои субстраты. Эти новые ферменты могут экспрессироваться в бактериях и использоваться для производства широкого спектра лактамов — важных антимикробных молекул.

Обычная функционализация C – H в синтетической химии требует реакций, которые могут быть сложными для выполнения, и, как правило, используют токсичные катализаторы на основе тяжелых металлов. Использование ферментов для такого рода реакции дает несколько преимуществ, поскольку они легко продуцируются бактериями, и часто существует природный фермент, который уже выполняет аналогичную реакцию, которую можно повторно использовать.

Цитохром P450 является одним из таких ферментов, который естественным образом заменяет водород в углерод-водородной связи на кислород. Команда пионера направленной эволюции и химии, лауреата Нобелевской премии Фрэнсис Арнольд, взялась за сложную проблему функционализации C – H, вызывая мутации в генах, продуцирующих бактериальный цитохром P450, чтобы они могли образовывать различные углеродные связи. Последовательные циклы мутации, тестирования и уточнения были использованы для улучшения новых ферментов.

«Мы превращаем углерод-водородную связь в углерод, связанный с амидной группой», — объясняет соавтор Инха Чо. Целью этой работы было создание лактамов, и фермент может превращать карбоновую кислоту в предшественник нитрена, который затем можно циклизовать с образованием лактама. «Мы производим различные лактамы, включая β-лактамы, которые важны для разработки антибиотиков, потому что они блокируют рецепторы в стенках бактерий, заставляя их распадаться и умирать».

После многих раундов направленной эволюции Чо и его коллеги создали новые ферменты цитохрома Р450, которые исключительно эффективны для осуществления превращения амидирования углерод-водород. Периодически добавляя фермент и субстрат в течение 50 часов, они достигли выходов приблизительно 50% и оборотов около миллиона.

Чо говорит, что этот метод имеет потенциал для создания больших библиотек β-лактамсодержащих продуктов с целым рядом потенциальных антибиотических активностей, включая некоторые, бактерии которых еще не устойчивы.

Однако, хотя ферменты функционируют эффективно, Чо говорит, что еще есть возможности для улучшения. «Тип лактамов, которые мы создали, все еще довольно прост, и фермент плохо работает в аэробных условиях». Чтобы сделать этот метод доступным для всех химических лабораторий или расширить его для промышленности, реакция должна хорошо работать на воздухе. Она также стремится развивать ферменты, которые нацелены на специфические связи C – H внутри молекулы, чтобы один тип субстрата мог производить разные продукты в зависимости от фермента.







Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *