Биосинтез биоактивных терпенов

Исследование морских кораллов привело к открытию новой энзимной системы, ответственной за формирование уникальных биологически активных соединений, известных как бифлораны (серрулатаны). Эти молекулы характеризуются двойным 6-кольцевым строением с примененной пренильной боковой цепью, что обуславливает их противовоспалительное, противомалярийное и противоопухолевое действие.
Биосинтез биоактивных терпенов
Изображение носит иллюстративный характер

Биотрансформация бифлоранов занимает особое место в современной химии природных продуктов, поскольку их производство традиционно связано с добычей из редких морских организмов, включая кораллы, губки и растения. Ограниченное знание о механизмах формирования их сложного скелета до настоящего времени тормозило развитие методов синтетической биологии в данной области.

Ранее изучены лишь отдельные терпен-синтазы, однако молекулярный механизм формирования морского бифлоранового скелета оставался неопределённым из-за отсутствия достаточного количества структурных данных, что подтверждается наличием всего одного кристаллического образца коральной терпен-синтазы.

В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, коллектив учёных во главе с Сюй Баофу из Шанхайского института материальной медицины Китайской академии наук, совместно с Го Юэвэем (SIMM, CAS), У Жуйбо из Университета Сунь Ят-сена и Ван Чэнъюаном из Шанхайского института иммунитета и инфекционных заболеваний (CAS), использовал комплекс методов: геномный поиск, энзимологический анализ, маркировку дейтерием и фтором, кристаллографические исследования, вычисления по схеме QM/MM и мутационные эксперименты.

Анализ генома морского коралла Paramuricea clavate позволил выявить шесть терпен-синтаз, среди которых выделилась энзим PcTS1 – biflorane-синтаза, открывшая возможность детально проследить путь формирования морского терпенового скелета.

Маркировка молекул дейтерием и фтором дала возможность уточнить последовательность циклирования, показав, что реакция сопровождается двумя последовательными 1,2-сдвигами гидрида с последующим отщеплением протона, что исключает ранее предполагаемый механизм с 1,3-сдвигами. Кристаллографическое определение структуры PcTS1 стало отправной точкой для вычислительных экспериментов, доказавших участие циклопропановой 2,6-циклизации с последующим открытием кольца и роль пирофосфата в стадии депротонирования.

Мутационные исследования, в том числе создание варианта PcTS1I254A, выявили образование десятимного промежуточного продукта, что подтверждает начальную стадию циклирования по схеме 1,10-циклизации. Последующие изменения в последовательности энзима привели к формированию ряда уникальных терпеновых каркасов, согласующихся с предсказанными карбокатионными промежуточными формами, выявленными методами изотопного мечения и QM/MM анализа.

Полученные данные демонстрируют значительный потенциал механизм-ориентированного инженерства для расширения спектра биокатализаторов в синтезе терпенов, открывая новые возможности для эффективного гетерологичного производства биоактивных соединений, востребованных в медицине и фармацевтической индустрии.


Новое на сайте

19164Уязвимые обучающие приложения открывают доступ к облакам Fortune 500 для криптомайнинга 19163Почему ботнет SSHStalker успешно атакует Linux уязвимостями десятилетней давности? 19162Microsoft устранила шесть уязвимостей нулевого дня и анонсировала радикальные изменения в... 19161Эскалация цифровой угрозы: как IT-специалисты КНДР используют реальные личности для... 19160Скрытые потребности клиентов и преимущество наблюдения над опросами 19159Академическое фиаско Дороти Паркер в Лос-Анджелесе 19158Китайский шпионский фреймворк DKnife захватывает роутеры с 2019 года 19157Каким образом корейские детские хоры 1950-х годов превратили геополитику в музыку и... 19156Научная революция цвета в женской моде викторианской эпохи 19155Как новый сканер Microsoft обнаруживает «спящих агентов» в открытых моделях ИИ? 19154Как новая кампания DEADVAX использует файлы VHD для скрытой доставки трояна AsyncRAT? 19153Как новые китайские киберкампании взламывают госструктуры Юго-Восточной Азии? 19152Культ священного манго и закат эпохи хунвейбинов в маоистском Китае 19151Готовы ли вы к эре коэффициента адаптивности, когда IQ и EQ больше не гарантируют успех? 19150Иранская группировка RedKitten применяет сгенерированный нейросетями код для кибершпионажа
Ссылка