محققان در برزیل شکل اصلاح شده‌ای از آلکالوئیدهای تولید شده توسط Uncaria guianensis، یک درخت تاک بومی در جنگل‌های آمازون تهیه کرده‌اند. U.guianensis، گیاهی است که معمولاً به عنوان “پنجه گربه” شناخته می‌شود. نسخه‌های طبیعی آلکالوئیدها به طور گسترده برای مقابله با تومورها و التهابات مورد استفاده قرار می‌گیرند و می‌توانند به تعدیل سیستم ایمنی بدن کمک کنند. اما دانشمندان در صدد بودند که از نظر درمانی، مواد شیمیایی قوی‌تری طراحی کنند.
آلکالوئیدها، که ترکیبات آلی تولید شده توسط گیاهان یا میکروارگانیسم‌ها هستند، مدت‌هاست که در پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای مثال، یک نمونه از آلکالوئیدها “مورفین” است که از گیاه خشخاش (Papaver somniferum) استخراج می‌شود.
مطالعات اخیر نشان داده‌اند که اصلاحات جزئی در ساختار شیمیایی برخی آلکالوئیدها می‌تواند اثرات درمانی آنها را تقویت کند. به عنوان مثال، فلوئورووین بلاستین از افزودن فلوئور به ساختار شیمیایی وینبلاستین، یک آلکالوئید طبیعی تولید شده توسط نوعی گل سرخ (Catharanthus roseus) تولید می‌شود.
محققان آمریكا ثابت كردند كه فعالیت ضد توموری فلوئورووین بلاستین 30 برابر قوی‌تر از ترکیب طبیعی است.
نتیجه این اصلاح کوچک، یک آلکالوئید جدید به نام 6-fluoro-isomitraphylline بود که دارای سه هیدروژن آروماتیک (بخش کوچکی از ساختار مولکول) و یک فلوئور، به جای چهار هیدروژن آروماتیک آلکالوئید طبیعی است. محققان همچنین با جایگزین کردن یک گروه متیل برای یک هیدروژن آروماتیک، یک ماده مشابه بنام 7 متیل ایزومیترافتیلین تولید کردند.
گیاهان آزمایشگاهی
با استفاده از مسیرهای متابولیکی U. guianensis، آلکالوئیدها اصلاح شدند. گیاهچه (گیاهان جوان) با طول کمتر از 16 سانتی متر در آزمایشگاه رشد کرده و از آب و مواد مغذی تغذیه می‌شدند. پیش سازهای آلکالوئیدهای طبیعی با اصلاحات جزئی در ساختار آنها به این محیط مایع اضافه شدند.
این پروتكل به عنوان بیوسنتز پیشرو نامیده می‌شود. سنتز توسط گیاه انجام می‌شود. دانشمندان آن را با کلید آنالوگ واسطه‌ای تهیه می‌کنند که در مسیر متابولیک آن وارد می‌شود و یک آلکالوئید جدید را تشکیل می‌دهد. این “شیمی سبز” نام دارد، کاملاً عاری از حلال‌ها یا معرف‌ها، و از یک سیستم درون کشتگاهی استفاده می‌کند.
گیاهان به مدت 30 روز پرورش داده شدند و سپس استخراج شدند. عصاره آن در معرض انواع مختلف کروماتوگرافی مایع (روشی در علم شیمی برای جداسازی اجزای یک مخلوط ) و طیف سنجی جرمی قرار گرفت تا مواد موجود در عصاره بر اساس یون‌های مربوطه آنها شناسایی شود. پس از این توصیف، از فرآیندهای شیمیایی (کروماتوگرافی) برای جداسازی آنالوگ‌های آلکالوئیدی استفاده شد.
دو آنالوگ آلکالوئید جدید اصلاح شده با گروه‌های فلورین و متیل، توسط طیف سنجی مغناطیسی هسته‌ای (NMR) برای تأیید ساختار شیمیایی آنها مورد بررسی قرار گرفت.
با استفاده از این روش، تقریباً یک تا دو میلی گرم آلکالوئیدهای جدید به دست آمد. مراحل بعدی مستلزم افزایش بازده است. برای این کار، لازم است تولید آلکالوئیدهای طبیعی توسط گیاه متوقف شود، زیرا محققان می‌خواهند این گیاه فقط نسخه فلوئوره شده را در آزمایشگاه تولید کند.
لوپز، سرپرست تحقیق گفت: “ما باید آنزیم TDC که در متابولیسم گیاه وجود دارد را خاموش کنیم و اسید آمینه تریپتوفان را به تریپتامین تبدیل کنیم. این گیاه تولید تریپتامین طبیعی را متوقف می‌کند و فقط نسخه اصلاح شده را تولید می‌کند.”
این تیم انتظار دارد که اثر درمانی ترکیبات جدید بدست آمده از U. guianensis با استفاده از بیوسنتز پیشرو نسبت به نمونه‌هایی که به طور طبیعی توسط گیاه تولید می‌شوند، قوی‌تر باشد.
