قارچ‌ها راز درمان سرطان و التهاب را فاش کردند: کشف انقلابی جدید!

کشف داروهای نوین از دل قارچ‌ها

از حدود یک قرن پیش، یعنی زمانی که پنی‌سیلین به طور اتفاقی توسط الکساندر فلمینگ در سال ۱۹۲۸ کشف شد، قارچ‌ها به منبعی بی‌کران از داروها تبدیل شدند. این موجودات راهی برای درمان طیف وسیعی از بیماری‌ها گشوده‌اند، از عفونت‌ها و بالا بودن کلسترول گرفته تا جلوگیری از پس زدن عضو پیوندی و حتی مقابله با سرطان. اما، فرآیند ساخت برخی از قدرتمندترین ترکیبات قارچی، هنوز به طور کامل شناخته نشده است. این موضوع خصوصاً در مورد سیکلوپنتا کرومون صدق می‌کند، که یک بلوک ساختاری کلیدی در محصولات قارچی به شمار می‌رود و مشتقات آن برای مبارزه با سرطان و کاهش التهاب، به همراه خواص درمانی دیگر، نویدبخش بوده‌اند.

رمزگشایی از دستورالعمل‌های طبیعت

با وجود پیشرفت‌هایی که شیمیدان‌ها در تولید مشتقات کرومون در آزمایشگاه داشته‌اند، اما ساختار دقیق این مولکول، هنوز هم به طور صد در صد و قابل اعتمادی، قابل بازسازی نیست. شری گائو، استاد همکار در رشته‌های مهندسی شیمی و بیومولکولی و مهندسی زیستی، می‌گوید: «خیلی ساده است که نسخه‌ای بسازید که در آن پیوندهای شیمیایی در جای مناسب خود قرار ندارند و یا ساختار مولکول، وارونه است.»

در مقاله‌ای که اخیراً در مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است، اعضای آزمایشگاه گائو توضیح می‌دهند که چگونه دست به رمزگشایی از دستورالعمل‌های طبیعت زدند، یعنی ژن‌های موجود در Penicillium citrinum، نوعی کپک که معمولاً روی میوه‌های مرکبات یافت می‌شود، را مطالعه کردند تا آنزیمی جدید را کشف کنند که فرآیند تشکیل ترکیبات حاوی سیکلوپنتا کرومون را تسهیل می‌کند. گائو، که نویسنده ارشد این مقاله است، می‌افزاید: «طبیعت میلیاردها سال زمان داشته تا مسیرهایی برای تولید این ترکیبات ایجاد کند. حالا می‌توانیم از ابزارهای طبیعت برای توسعه و بررسی بیشتر این ترکیبات استفاده کنیم، که می‌تواند به تولید داروهای جدید منجر شود.»

یک معمای مولکولی

آنچه که سیکلوپنتا کرومون را منحصربه‌فرد می‌کند، ساختار ویژه آن است که شامل سه حلقه کربنی می‌شود: دو حلقه شش کربنی و یک حلقه پنج کربنی. این آرایش حلقه‌ها، مانند یک چارچوب برای ساخت‌وساز است که زیربنای ساختاری را برای بسیاری از مولکول‌های فعال از نظر زیستی فراهم می‌کند. با این حال، یکی از پیش‌سازهای شیمیایی شناخته‌شده سیکلوپنتا کرومون، یک کربن اضافی دارد که سه حلقه با اندازه‌های یکسان را تشکیل می‌دهد.

تغییرات شیمیایی در طبیعت و کشف جدید

اینکه چگونه طبیعت یک ترکیب شیمیایی را به ترکیبی با ساختار حلقه‌ای متفاوت تبدیل می‌کند، در حالی که چنین حلقه‌هایی معمولاً بسیار پایدار هستند، تا حالا به طور کامل توضیح داده نشده بود. برای روشن شدن این فرآیند، محققان به طور سیستماتیک ژن‌های موجود در P. citrinum را فعال و غیرفعال کردند تا مسیر تولید ترکیب مورد نظر را مختل کنند و مشخص شود که کدام ژن‌ها مسئول تولید آنزیم فعال هستند. کیویو نی، پژوهشگر فوق دکتری در آزمایشگاه گائو و نویسنده اصلی این مقاله، می‌گوید: «این کار شبیه این بود که صدها کلید برق را امتحان کنیم تا ببینیم کدام یک لامپ خاصی را روشن می‌کند.»

واسطه میانی و ویژگی‌های آن

همان‌طور که محققان کشف کردند، یک ترکیب واسطه متفاوت، به نام 2S-remisporine A که توسط آنزیم جدید IscL تولید می‌شود، دارای یک اتم گوگرد است که از یک طرف ساختار سه‌حلقه‌ای آویزان شده است، درست مثل یدک‌کشی که پشت یک کامیون وصل می‌شود. درجه بالای واکنش‌پذیری این ترکیب، منبع تنوع دارویی سیکلوپنتا کرومون است: درست مثل این که یک کامیون قادر است انواع مختلفی از اتصالات را بکشد، از واگن‌ها تا قایق‌ها، پیوند کربن-گوگرد در 2S-remisporine A می‌تواند با مجموعه‌ای از گروه‌های دیگر ترکیب شود و مجموعه‌ای متنوع از مولکول‌ها را تولید کند. نی می‌گوید: «این ترکیب واسطه بسیار واکنش‌پذیر است. پیوند کربن-گوگرد می‌تواند با اهداکنندگان مختلف گوگرد واکنش نشان دهد و ترکیبات جدید زیادی را تولید کند.»

چرا این ترکیب هرگز شناسایی نشده بود؟

واقعیت این که 2S-remisporine A بسیار واکنش‌پذیر است و می‌تواند با مولکول‌های مختلف، حتی با خودش، ترکیب شود، توضیح می‌دهد که چرا این پیش‌ساز هرگز به طور کامل شناسایی نشده بود. نی می‌گوید: «ما هرگز نمی‌توانستیم از روی خودمان چنین ترکیب واسطه واکنشی را اختراع کنیم. ما باید یاد می‌گرفتیم که طبیعت چگونه آن را تولید می‌کند و سپس از ابزارهای آنزیمی Nature استفاده کنیم.»

آینده تحقیقات و کاربردهای پزشکی

محققان امیدوارند که در کارهای آینده، این مسیر تازه کشف شده را با استفاده از نقشه‌برداری ژنتیکی که آن را هدایت می‌کند، دنبال کنند تا استفاده از ترکیبات قارچی در پزشکی را بیشتر پیش ببرند. گائو می‌گوید: «طبیعت دارای یک جعبه ابزار فوق‌العاده است. این مقاله به ما نشان می‌دهد که چگونه یکی از این ابزارها ساخته می‌شود.»

این مطالعه در دانشگاه پنسیلوانیا در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی انجام شده و با حمایت مالی موسسه ملی بهداشت (R35GM138207) و یک بودجه راه‌اندازی که توسط دانشگاه پنسیلوانیا تأمین شده است، انجام شده است. از دیگر نویسندگان همکار می‌توان به چونشیاو سان، شویی لو و ماریا زوتوا از مهندسی پن و کیانگ لی و تونگ ژو از دانشگاه نرمال شرق چین اشاره کرد.

“`