Химики СПбГУ научили полезные молекулы светиться инновационным способом
Ученые Санкт-Петербургского университета вместе с коллегами из Германии создали рациональный дизайн инновационных клик-реагентов с целью придания им способности к флуоресценции (свечению). Флуоресцентные свойства клик-реагентов сохраняются в продуктах клик-реакций, что имеет ключевое значение для их практического применения в биологии и материаловедении.
Биоконъюгация — реакция, при которой происходит искусственная целенаправленная модификация органических биомолекул. Биоконъюгация позволяет изучать свойства биомолекул, отслеживать их в организме в целях диагностики, а также получать новые лекарства и биоматериалы.
Современным инструментом биоконъюгации являются клик-реакции, за работу над которыми в 2022 году ученым из США Каролин Бертоцци и Барри Шарплесс, а также датчанину Мортену Мелдалу была присуждена Нобелевская премия по химии.
Клик-реакции — это очень быстрые химические превращения, которые протекают с высокой селективностью. Так, в пространстве, полном молекул, пара клик-реагентов точно знает, с кем необходимо встретиться, и безошибочно, а главное быстро, находит друг друга.
Одним из самых перспективных семейств клик-реагентов являются циклоалкины. Использование этих молекул позволяет быстро и просто провести биоконъюгацию при наличии в биомолекуле специальной «химической ручки» — инструмента, который свяжет биомолекулу с циклоалкином, после чего она приобретет новые свойства, заранее введенные в циклоалкиновый реагент.
«Мы в своей работе разрабатываем циклоалкины, которые бы не уступали другим клик-реагентам и имели бы свою уникальную изюминку, полезную для практического применения. В настоящий момент нам удалось провести такой дизайн циклоалкиновых реагентов, при котором у них возникает способность к флюоресценции — свечению. Особенно важно, что после взаимодействия с «ручкой» флюоресценция не пропадает и модифицированные биомолекулы/материалы тоже получают эту способность», — рассказала доцент кафедры органической химии СПбГУ Наталья Данилкина.
Необходимый рациональный дизайн для придания циклоалкиновым реагентам флуоресцентных свойств сначала был осуществлен с помощью расчетных методов. Это позволило понять, почему полученный ранее реагент не светился и что нужно изменить для появления флуоресцентных свойств.
Оказалось, что для придания циклоалкиновому реагенту флуоресцентных свойств достаточно провести минимальные изменения в его структуре. Так, в определенное место всего лишь должна быть введена электроноакцепторная группа, после чего новые циклоалкины, а также продукты клик-реакции начинают светиться.
Интенсивность свечения новых реагентов невысока, однако, как отмечают ученые СПбГУ, этот вопрос ляжет в основу следующего этапа исследований. В перспективе разработка может найти применение в материаловедении, а в дальнейшем и для флуоресцентной маркировки биомолекул при проведении медицинских исследований.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Chemistry — A European Journal. Публикация попала в Hot Topic: Click Chemistry издательства Wiley.