کشف روش جدید و غیرمنتظره برای استفاده از DNA در شیمی!

شیمی‌دانان در دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) یک روش غیرمنتظره برای استفاده از اسید دئوکسی‌ریبونوکلئیک (DNA) کشف کرده‌اند. DNA، فراتر از نقش اصلی‌اش به عنوان حامل اطلاعات ژنتیکی، می‌تواند ابزاری قدرتمند برای کارآمدتر ساختن تولید ترکیبات دارویی باشد. این تیم دریافتند که بخش‌های خاصی از DNA، که به نام فسفات‌ها شناخته می‌شوند، می‌توانند مانند «دست‌های» بسیار کوچکی عمل کنند و به هدایت واکنش‌های شیمیایی کمک کنند. این کار تضمین می‌کند که فرآیند، تنها شکل آینه‌ای مورد نظر از یک مولکول را تولید کند.

بسیاری از داروها کایرال (Chiral) هستند، به این معنی که مولکول‌های آن‌ها در دو شکل آینه‌ای وجود دارند – شبیه به دست راست و چپ که بازتاب یکدیگرند. این دو نسخه می‌توانند اثرات به‌شدت متفاوتی در بدن داشته باشند. اغلب، تنها یک نسخه از دارو مفید است، در حالی‌که نسخه دیگر ممکن است بی‌اثر یا حتی مضر باشد. تولید انحصاری شکل صحیح، یک چالش بزرگ در شیمی دارویی است. روش مبتنی بر DNA تیم NUS راهی ساده‌تر و دوست‌دار محیط زیست برای دستیابی به این انتخاب‌پذیری ارائه می‌دهد.

در طبیعت، DNA و پروتئین‌ها به دلیل بارهای مخالفشان به‌طور طبیعی یکدیگر را جذب می‌کنند. گروه‌های فسفات DNA دارای بار منفی هستند، در حالی‌که بسیاری از بلوک‌های سازنده پروتئین‌ها دارای بار مثبت‌اند. محققان، به رهبری استادیار ژو رو-یی از گروه شیمی NUS، بررسی کردند که آیا می‌توان از این جاذبه الکترواستاتیک طبیعی برای هدایت واکنش‌های شیمیایی به سمت نتایج خاص و تولید محصولات مطلوب استفاده کرد یا خیر.

شناسایی جایگاه‌های فعال DNA

آن‌ها کشف کردند که گروه‌های فسفات خاصی در DNA می‌توانند واکنش‌دهنده‌های دارای بار مثبت را در طول یک واکنش شیمیایی جذب و هدایت کنند. این شبیه به آهنربایی است که به آرامی یک مهره فلزی را به سمت جهت‌گیری صحیح می‌کشد. این اثر “جفت شدن یونی” (ion-pairing) واکنش‌دهنده‌ها را نزدیک و در یک جهت‌گیری خاص نگه می‌دارد و واکنش را به شیوه‌ای مشخص هدایت می‌کند تا تنها یک محصول آینه‌ای (کایرال) تولید شود. این تیم این اثر را در چندین نوع مختلف از واکنش‌های شیمیایی به نمایش گذاشتند.

برای درک دقیق این که کدام بخش‌های DNA مسئول این اثر هستند، محققان یک روش تجربی جدید به نام “اسکن PS” ابداع کردند. محققان به صورت سیستماتیک، فسفات‌های مجزا در طول DNA را با جایگزین‌های مشابه و نزدیک به هم عوض کردند و سپس واکنش‌ها را تکرار نمودند.

اگر تغییر یک موقعیت خاص باعث کاهش انتخاب‌پذیری می‌شد، نشان می‌داد که فسفات اصلی در آن محل برای هدایت واکنش اهمیت داشته است. شبیه‌سازی‌های کامپیوتری با همکاری پروفسور ژانگ شینگلونگ از دانشگاه چینی هنگ کنگ برای تأیید این یافته‌ها انجام شد.

به سوی تولید مواد شیمیایی سبزتر و هوشمندتر

استادیار ژو رو-یی گفت:

طبیعت هرگز از فسفات‌های DNA به عنوان کاتالیزور استفاده نمی‌کند، اما ما نشان دادیم که اگر به درستی طراحی شوند، می‌توانند مانند آنزیم‌های مصنوعی عمل کنند.

استادیار ژو افزود:

این روش فراتر از یک پیشرفت مفهومی، می‌تواند تولید مواد شیمیایی را پایدارتر و دوست‌دار محیط زیست کند، به ویژه برای تولید مولکول‌های پیچیده و با ارزش بالا که در محصولات دارویی استفاده می‌شوند.

تیم تحقیقاتی در آینده قصد دارد راه‌های بیشتری برای استفاده از فسفات‌های DNA به منظور ایجاد ترکیبات کایرال (با تصویر آینه‌ای) برای توسعه داروها کشف کند.

این تحقیق در مجله علمی Nature Catalysis منتشر شد.

منبع: Scitechdaily