قارچ‌ها دوباره ناجی می‌شوند: کشف داروی جدید ضد سرطان و التهاب!

داروهای جدید از دلِ قارچ‌ها بیرون می‌آیند

تقریباً صد سال پیش، زمانی که پنی‌سیلین به‌طور اتفاقی توسط الکساندر فلمینگ در سال 1928 کشف شد، قارچ‌ها به عنوان گنجینه‌ای از داروها شناخته شدند. اون‌ها درمان‌هایی برای بیماری‌های متنوعی ارائه کردن، از عفونت‌ها و کلسترول بالا گرفته تا رد پیوند اعضا و حتی سرطان. با این حال، روش ساخت بعضی از قوی‌ترین ترکیبات قارچی هنوز کاملاً مشخص نیست. این مسئله، به‌ویژه در مورد سیکلوپنتا کرومون که یک بلوک ساختمانی اساسی در محصولات قارچی به حساب میاد، صدق می‌کنه. مشتقات این ترکیب، پتانسیل بالایی در مبارزه با سرطان، کاهش التهاب و خواص دارویی دیگه دارن.

درس گرفتن از طبیعت

در حالی که شیمیدان‌ها در آزمایشگاه‌ها موفقیت‌هایی در تولید مشتقات کرومون داشتن، اما ساختار خاص این مولکول، تکثیر دقیق و قابل‌اعتماد اون رو دشوار کرده. شری گائو، استاد همکار در رشته‌های مهندسی شیمی و بیومولکولی و همچنین مهندسی زیستی، می‌گه: «خیلی آسونه که نسخه‌ای به دست بیاری که پیوندهای شیمیایی در جای نامناسبی قرار دارن یا ساختار برعکس شده.» اعضای آزمایشگاه گائو در مقاله‌ای جدید در مجله انجمن شیمی آمریکا، توضیح میدن که چطور دستورات طبیعی رو رمزگشایی کردن. به خصوص، ژن‌های Penicillium citrinum، نوعی کپک که معمولاً روی میوه‌های مرکبات دیده میشه، بررسی شد تا آنزیم جدیدی کشف بشه که سنتز ترکیبات حاوی سیکلوپنتا کرومون رو تسهیل می‌کنه. گائو، که نویسنده ارشد این مقاله هم هست، میگه: «طبیعت میلیاردها سال وقت داشته تا راه‌هایی برای ساخت این ترکیبات پیدا کنه. حالا ما می‌تونیم از ابزارهای طبیعت برای توسعه و مطالعه بیشتر این ترکیبات استفاده کنیم، که این خودش میتونه به ساخت داروهای جدید کمک کنه.»

یک معما در دنیای مولکول‌ها

یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد سیکلوپنتا کرومون، ساختار خاص اونه که شامل سه حلقه کربنی میشه: دو حلقه با شش کربن و یک حلقه با پنج کربن. مثل داربستی که برای ساختن ساختمان استفاده میشه، این مجموعه حلقه‌ها، پایه و اساس ساختاری برای خیلی از مولکول‌های فعال زیستی فراهم می‌کنه. اما یکی از پیش‌سازهای شیمیایی شناخته شده سیکلوپنتا کرومون، یه کربن اضافه داره که سه حلقه هم‌اندازه رو تشکیل میده.

تغییرات شگفت‌انگیز طبیعت در ساختار شیمیایی

اینکه چطور طبیعت، یک ترکیب شیمیایی رو به ترکیبی با ساختار حلقوی متفاوت تبدیل می‌کنه، در حالی که این حلقه‌ها معمولاً پایدارن، هنوز به طور کامل توضیح داده نشده. برای روشن کردن این فرآیند، محققان به طور سیستماتیک ژن‌های موجود در P. citrinum رو روشن و خاموش کردن تا مسیر تولید ترکیب مختل بشه و مشخص بشه کدوم ژن‌ها مسئول تولید آنزیم فعال هستند. کیویو نی، پژوهشگر فوق دکترا در آزمایشگاه گائو و نویسنده اول مقاله، میگه: «انگار داشتیم صدها کلید چراغ رو امتحان می‌کردیم تا ببینیم کدومشون یه لامپ مخصوص رو روشن می‌کنه.»

همون‌طور که محققان متوجه شدن، یه ترکیب واسطه‌ای متفاوت به اسم 2S-remisporine A که توسط آنزیم جدید شناسایی شده به نام IscL تولید میشه، یه اتم گوگرد داره که از یک طرف ساختار سه‌حلقه‌ای آویزونه، مثل زاپاسی که به پشت یه کامیون وصله.

از کپک تا داروخانه

این درجه بالای واکنش‌پذیری، منبع تنوع دارویی سیکلوپنتا کرومون هست: درست مثل یه کامیون که می‌تونه وسایل جانبی مختلفی از تریلرها گرفته تا قایق‌ها رو بکشه، پیوند کربن-گوگرد در 2S-remisporine A می‌تونه با گروه‌های دیگه ترکیب بشه و مجموعه‌ای متنوع از مولکول‌ها رو به وجود بیاره. نی می‌گه: «این ترکیب واسطه‌ای خیلی واکنش‌پذیره. پیوند کربن-گوگرد می‌تونه با اهداکنندگان مختلف گوگرد واکنش نشون بده و ترکیبات جدید زیادی تولید کنه.»

این واقعیت که 2S-remisporine A این‌قدر واکنش‌پذیره و می‌تونه با مولکول‌های مختلف و حتی خودش ترکیب بشه، توضیح میده که چرا این پیش‌ساز هیچ‌وقت به‌طور کامل شناخته نشده بود. نی میگه: «ما هیچ‌وقت نمی‌تونستیم اختراعی برای ساخت یه ترکیب واسطه‌ای به این واکنش‌پذیری داشته باشیم. باید یاد می‌گرفتیم که طبیعت چطور اون رو می‌سازه و بعد از ابزارهای آنزیمی اون استفاده می‌کردیم.»

محققان امیدوارن که در کارهای آینده، این مسیر تازه کشف شده رو با استفاده از نقشه‌ای ژنتیکی که این مسیر رو هدایت می‌کنه، دنبال کنند تا استفاده از ترکیبات قارچی در پزشکی رو پیشرفت بیشتری ببخشن. گائو میگه: «طبیعت یه جعبه ابزار شگفت‌انگیز داره. این مقاله به ما نشون میده که چطور یکی از اون ابزارها ساخته میشه.»

این مطالعه در دانشگاه پنسیلوانیا در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی انجام شده و از طرف موسسه ملی بهداشت (R35GM138207) و یک بودجه راه‌اندازی که از طرف دانشگاه پنسیلوانیا تأمین شده، حمایت شده. نویسندگان همکار دیگه، شامل چونشیاو سان، شویی لو و ماریا زوتوا از مهندسی پن و کیانگ لی و تونگ ژو از دانشگاه نرمال شرق چین هستن.