Исследователи из Национального университета Сингапура обнаружили совершенно новый способ применения дезоксирибонуклеиновой кислоты, или ДНК. Помимо своей основной функции, хранения генетической информации, ДНК теперь предстает как мощный инструмент для создания лекарственных препаратов, делая этот процесс значительно эффективнее. Ключевую роль в этих открытиях играют фосфатные группы ДНК, которые действуют подобно микроскопическим «рукам», направляющим химические реакции к образованию единственной, правильной зеркальной формы соединения.
Многие фармацевтические препараты являются хиральными, что означает их существование в двух зеркальных формах, подобных правой и левой руке. Эти «зеркальные изомеры» могут совершенно по-разному проявлять себя в организме – одна форма способна эффективно лечить заболевание, тогда как другая либо не принесет пользы, либо даже нанесет вред. Создание исключительно желаемой формы препарата представляет собой серьезную задачу в разработке лекарств, однако новый метод, основанный на руководящей роли ДНК, обещает сделать этот процесс более чистым, простым и экологически устойчивым.
В живых клетках ДНК и белки естественно притягиваются друг к другу: отрицательно заряженные фосфатные группы ДНК взаимодействуют с положительно заряженными аминокислотами белков. Команда НУС под руководством доцента Чжу Жу-И с химического факультета задалась вопросом, может ли подобное притяжение быть использовано для контроля химических реакций в лабораторных условиях. Главной целью было выяснить, способна ли ДНК направлять молекулы к определенным, предсказуемым реакциям.
Ученые обнаружили, что специфические фосфатные группы в молекуле ДНК способны притягивать положительно заряженные молекулы в ходе химической реакции, помогая им правильно выстроиться – сродни магниту, притягивающему металлическую бусину. Этот механизм, известный как «ионное связывание», удерживает реагирующие молекулы в непосредственной близости и в нужной ориентации, обеспечивая образование единственного, желаемого зеркального продукта. Важно отметить, что команда продемонстрировала эффективность этого направляющего действия в нескольких различных химических реакциях.
Для точного определения фосфатных групп, ответственных за такое направляющее действие, исследователи разработали новый экспериментальный подход под названием «PS-сканирование». Они систематически замещали отдельные фосфатные участки ДНК почти идентичными заместителями и повторяли эксперименты. Снижение избирательности реакции при замене фосфата указывало на ключевую роль исходного участка. Для подтверждения своих открытий ученые сотрудничали с профессором Чжаном Синлуном из Китайского университета Гонконга, который использовал компьютерное моделирование для верификации экспериментальных результатов.
По мнению доцента Чжу Жу-И, природа никогда не использует фосфаты ДНК в качестве катализаторов, однако команда показала, что при правильном подходе они способны функционировать как искусственные ферменты. Это открытие потенциально может сделать химическое производство более устойчивым и эффективным, особенно в контексте синтеза сложных, дорогостоящих фармацевтических препаратов.
Команда планирует продолжить исследования возможностей использования фосфатов ДНК для разработки и синтеза хиральных соединений, что откроет новые горизонты в создании лекарств следующего поколения. Результаты этой работы были опубликованы в престижном журнале Nature Catalysis 31 октября 2025 года.
