Un grupo de compuestos altamente reactivos llamados persulfuros ha provocado una gran curiosidad entre los bioquímicos, por su papel en la naturaleza, y cómo interactúan con las proteínas para cambiar su estructura y función, afectando la salud, procesos de envejecimiento y enfermedad.

Estudiar los persulfuros y sus efectos ha demostrado ser un desafío, sin embargo, debido a la inestabilidad del químico. Tan pronto como se generen persulfuros, quieren reaccionar con moléculas cercanas antes de que se puedan investigar por completo.

Un nuevo estudio del campus de Florida de Scripps Research, publicado en Comunicaciones de la naturaleza 28 de septiembre revela una forma previamente no reconocida en que la naturaleza resuelve este problema y hace uso de persulfuros, mediante la generación de enzimas útiles que desempeñan un papel en la colocación del azufre. El descubrimiento proporciona a los investigadores un nuevo método para generar moléculas a base de azufre potencialmente importantes en el laboratorio. y ofrece una respuesta a uno de los fascinantes misterios biológicos de la naturaleza:¿cómo se integra el azufre en moléculas complejas en primer lugar?

El azufre es el quinto elemento más común de la vida, Sin embargo, la naturaleza usa un número relativamente pequeño de mecanismos para instalarlo en moléculas pequeñas, dice Ben Shen, profesor y presidente del Departamento de Investigación de Química de Scripps en Júpiter, Florida, y autor principal del estudio.

Shen se preguntó durante mucho tiempo cómo los átomos de azufre podrían incorporarse a la estructura de compuestos interesantes que estudió. incluyendo guangnanmicina y leinamicina, dados esos mecanismos limitados.

Descubierto por primera vez en 1989, La leinamicina es una sustancia natural que presenta propiedades antimicrobianas y anticancerígenas. Con la ayuda de su creciente colección de cepas microbianas, Shen y su equipo descubrieron en 2017 docenas de miembros de lo que en realidad es una familia sustancial de variantes de leinamicina en la naturaleza. Los dos azufres de la leinamicina son clave para su actividad anticancerígena, Shen encontró.

La reciente adquisición de una de las colecciones de cepas microbianas más grandes del mundo por parte de Scripps Research Florida ofreció al grupo de Shen una nueva forma de investigar la cuestión. a través de la búsqueda específica de nuevas enzimas, catalizadores de la naturaleza. Ese proceso implica el crecimiento de grandes cantidades de las cepas de interés, luego, extraer — secuenciar y analizar — su material genético en busca de signos reveladores de enzimas.

"Ahora hemos descubierto un nuevo mecanismo por el cual la naturaleza instala dos átomos de azufre en una pequeña molécula al mismo tiempo, superando el desafío duradero de su inestabilidad, ", Dice Shen." Este hallazgo en particular ilustra lo poderosa que es nuestra colección de cepas de productos naturales, y cómo nos permite hacer cosas innovadoras ".

La colección de productos naturales de Scripps Research en Florida incluye más de 125, 000 cepas de bacterias, que fueron recopilados por grupos de investigación de todo el mundo durante las décadas posteriores al descubrimiento de la estreptomicina.

Las bacterias del suelo deben evolucionar de forma diversa, productos naturales biológicamente activos para sobrevivir en un mundo hostil y competitivo. Estos productos naturales tienen un enorme potencial para actuar como medicamentos o para otros fines. si pueden ser descubiertos, estudiado y entendido, Shen dice.

La construcción de estas moléculas requiere que las bacterias actúen como químicos. idear procesos a veces innovadores como nuevas enzimas catalíticas, dice Song Meng, Doctor., un autor principal de la publicación.

"El estudio de productos naturales nos permite explorar cómo la naturaleza usa bloques de construcción simples para construir las estructuras más complejas que la humanidad haya visto jamás, que brinda oportunidades para el descubrimiento de enzimas y el impacto potencial en todo el campo de la química orgánica, "Dice Meng.

Al aprender cómo la naturaleza crea productos naturales, Los investigadores del laboratorio de Shen tienen como objetivo inspirar esfuerzos futuros en diversos campos como la microbiología, biotecnología, química Orgánica, y química medicinal.

Los coautores del estudio Meng y Andrew Steele, Doctor., recordó el momento en que supieron que lograrían su objetivo.

"Trabajamos incansablemente para producir persulfuros inestables. Se degradan en sulfuro de hidrógeno maloliente, así que la primera vez que olimos huevos podridos supimos que habíamos hecho un gran avance, "Dice Steele.

Poco después descubrieron las tiocisteína liasas, una familia de enzimas previamente desconocidas que la naturaleza usa para producir persulfuros como intermediarios clave para construir toda la familia de productos naturales de la leinamicina.

La colección de productos naturales ha sido la clave de su éxito, añade Edward Kalkreuter, Doctor., un coautor del artículo.

"Si bien tradicionalmente solo se podía estudiar una vía biosintética a la vez, Nuestra colección de cepas ahora nos permite descubrir familias relacionadas evolutivamente, comparando y evaluando así muchas vías similares a la vez, " él añade.

Es probable que las enzimas que permiten la formación de persulfuro tengan una amplia gama de aplicaciones potenciales en el futuro, agregan.

"Se han encontrado persulfuros en numerosos sistemas bioquímicos fundamentales y relacionados con enfermedades, pero el campo de la química sintética tiene solo unos pocos métodos especializados a su disposición para generarlos, "Dice Steele." Descubrimos que la naturaleza nos ha proporcionado una solución para abordar este problema ".

El descubrimiento actual enriquece la caja de herramientas necesaria para diseñar compuestos que contienen azufre, y allana el camino para que los biólogos sintéticos desarrollen clases de moléculas completamente nuevas para impactar la química, biología, y medicina, ellos dicen.

"Les digo a mis alumnos, si quieres descubrir algo, descubre cómo lo hace la naturaleza, que puede presentar una solución, "Shen dice.