В почве вулкана обнаружили антибиотики возрастом миллиарды лет. И они оказались эффективными!

Антибиотик, обнаруженный в почве вулкана в Камеруне полвека назад, был наконец восстановлен японскими учеными, что предоставляет медицинским исследователям новый потенциальный препарат для борьбы с инфекциями.

В 1974 году немецкий химик Аксл Зик и его турецкий коллега Митхат Мардин обнаружили, что красные пигменты, которые производит бактерия Streptomyces arenae, могут бороться с микробами. Это привлекло внимание фармакологов, желающих изучить их свойства.

Однако синтез полезных соединений, известных как β- и γ-нафтоциклинон, в достаточных количествах оказался непростой задачей. Необходимо проводить много экспериментов, чтобы понять, какие химические реакции нужны. Но сложность этих соединений затрудняет получение нафтоциклинона без образования большого количества побочных продуктов.

Недавно исследователи из Токийского института науки смогли справиться с этой задачей, применив метод, известный как ретросинтетический анализ. Как подсказывает название, этот метод работает в обратном направлении от целевой молекулы, позволяя определить ее основные строительные блоки. Это можно представить, как разбор сложной машины на более простые части, которые легче понять и потом соединить обратно.

Ученые начали свою работу с β-нафтоциклинона, поскольку γ-нафтоциклинон можно рассматривать как его вариацию. Как и многие крупные молекулы, комбинация более простых молекулярных единиц послужила исходной точкой для основы данного соединения.

Для соединения элементов двух единиц взяли сложную молекулу, известную как бицикло [3.2.1] октадиенон. Однако расположить это химическое вещество в нужной позиции, не изменяя остальные компоненты и не создавая совершенно другое соединение, оказалось сложной задачей.

Руководствуясь рецептом ретросинтеза и используя ряд современных химических подходов, исследователи смогли разработать метод, который позволил им точно расположить молекулярные фрагменты и соединить их так, чтобы это не повлияло на их функции.

Кульминационный момент наступил, когда ученые сопоставили точное трехмерное распределение атомов или, с научной точки зрения, спектры кругового дихроизма синтезированных соединений с образцами, произведенными природой в вулканической среде.

«Спектры кругового дихроизма наших синтетических молекул совпадали со спектрами природных соединений, что подтверждает идентичность абсолютной конфигурации как синтетических, так и природных молекул», — говорит химик Ёсио Андо из института науки в Токио.

Эти методы в конечном итоге привели к тому, что исследователи смогли синтезировать β-нафтоциклин с выходом не менее 70%. Следующим шагом в их работе стала реализация другого химического процесса — окислительной лактонизации, в результате чего был получен γ-нафтоциклин с выходом 87%. Несмотря на схожесть этих двух соединений, γ-нафтоциклин обладает рядом дополнительных свойств.

Синтез антибиотиков в лабораторных условиях позволяет производить их в больших количествах, что особенно актуально для медицинских и исследовательских целей. Это позволит избежать необходимости частых поездок к вулканам, где традиционно извлекаются эти соединения. Более того, исследователи уверены, что разработанные ими высокоточные методы могут быть адаптированы для синтеза и других химических соединений, имеющих похожую структуру.

Ранее группа ученых из Университета Макмастера обнаружила, что бактериофаги формируют трехмерные структуры, напоминающие цветы. Эти структуры оказались в 100 раз более эффективными в обнаружении бактерий, чем обычные фаги. Исследование может открыть новые возможности для диагностики и лечения заболеваний.