Zautomatyzowana synteza chemiczna z wykorzystaniem „chemii kliknięcia” zaowocowała nową, obiecującą klasą związków antybiotykowych, potencjalnie oferujących rozwiązanie narastającego kryzysu bakterii lekoopornych. Naukowcy z Uniwersytetu w Yorku wykorzystali systemy robotyczne do szybkiego stworzenia i przetestowania ponad 600 kompleksów metali, identyfikując kilka, które wykazały silne działanie przeciwbakteryjne przy akceptowalnym poziomie toksyczności. Podejście to stanowi znaczącą zmianę w porównaniu z tradycyjnymi badaniami nad antybiotykami, które skupiały się głównie na cząsteczkach węglowych.
Rosnące zagrożenie związane z opornością na antybiotyki
Pojawienie się bakterii opornych na istniejące leki jest poważnym problemem zdrowia publicznego. Istniejące antybiotyki stają się nieskuteczne, co wymaga pilnego zbadania nowych przestrzeni chemicznych. Przez dziesięciolecia badania skupiały się na związkach organicznych, podczas gdy struktury zawierające metale pozostały w dużej mierze nietknięte. Te kompleksy metali mają wyraźną zaletę: ich unikalne trójwymiarowe kształty zapewniają nowe ścieżki interakcji z celami bakteryjnymi, potencjalnie omijając istniejące mechanizmy oporności.
Jak doszło do przełomowego odkrycia: „Chemia kliknięcia” i automatyzacja
Zespół badawczy kierowany przez Angelo Freya zastosował strategię syntezy o wysokiej przepustowości. Wykorzystali robota płynnego do przeprowadzenia „chemii kliknięcia”, wysoce wydajnej reakcji, która szybko łączy cząsteczki azydku i alkinu, tworząc stabilne pierścienie azotu. Ta metoda umożliwiła zespołowi utworzenie ogromnej biblioteki kompleksów metali w ciągu zaledwie jednego tygodnia. Proces obejmował połączenie 192 różnych ligandów organicznych z pięcioma różnymi metalami, w wyniku czego otrzymano 672 unikalne związki.
Kluczowe ustalenia: Iryd i ren dają obiecujące wyniki
Wstępne badania przesiewowe wykazały, że związki zawierające iryd i ren wykazywały najsilniejsze działanie przeciwbakteryjne przeciwko Staphylococcus aureus, powszechnej i niebezpiecznej infekcji szpitalnej. Ponad połowa związków irydu i renu wykazywała hamowanie wzrostu przy zmiennym poziomie toksyczności. Po dalszym oczyszczaniu wyizolowano jeden związek irydu, który wykazywał aktywność 50 do 100 razy większą niż jego toksyczność dla komórek ludzkich.
Droga naprzód: stabilność, bezpieczeństwo i badania kliniczne
Choć wyniki są obiecujące, mają one jeszcze charakter wstępny. Eksperci tacy jak Mark Blaskovich podkreślają potrzebę rygorystycznych testów w celu zapewnienia właściwości leczniczych — stabilności chemicznej i minimalnego narażenia poza celem. Następna faza wymaga badań in vivo (modele zwierzęce), a następnie badań klinicznych na ludziach w celu potwierdzenia bezpieczeństwa i skuteczności. Zespół planuje także wdrożenie sztucznej inteligencji, wykorzystującej uczenie maszynowe do przewidywania najbardziej obiecujących struktur do przyszłej syntezy.
Automatyzacja tego procesu może zrewolucjonizować odkrywanie antybiotyków, skracając czas ich opracowywania i poszerzając poszukiwania nowych rozwiązań problemu oporności na antybiotyki.
Ostatecznie badanie to pokazuje siłę łączenia zaawansowanej chemii ze zautomatyzowanymi systemami w celu rozwiązania jednego z najpilniejszych problemów współczesnej medycyny.
