Các nhà nghiên cứu tại Đại học British Columbia (UBC) Okanagan (Canada) vừa giải mã cơ chế thực vật tạo ra mitraphylline, một hợp chất tự nhiên hiếm có khả năng chống ung thư và kháng viêm mạnh mẽ.
Mitraphylline thuộc nhóm alkaloid spirooxindole - các phân tử có cấu trúc “xoắn” đặc biệt và hiệu ứng sinh học mạnh. Dù được biết đến từ lâu, quá trình phân tử này hình thành trong tự nhiên vẫn là bí ẩn cho tới khi nhóm của Tiến sĩ Thu-Thuy Dang, Trưởng nhóm nghiên cứu công nghệ sinh học sản phẩm tự nhiên tại UBC Okanagan, tìm ra enzyme đầu tiên có khả năng “vặn xoắn” phân tử để tạo dạng spiro (dạng hợp chất có ít nhất hai vòng phân tử chia sẻ một nguyên tử chung) vào năm 2023.
Tiếp nối kết quả đó, nghiên cứu sinh Tuan-Anh Nguyen đã dẫn đầu giai đoạn kế tiếp, phát hiện hai enzyme then chốt phối hợp với nhau trong quá trình tổng hợp mitraphylline: một enzyme quyết định cấu trúc ba chiều, enzyme còn lại hoàn thiện bước xoắn cuối cùng để hình thành phân tử hoàn chỉnh.
Tiến sĩ Dang ví von: “Phát hiện này giống như tìm thấy các mắt xích còn thiếu trong dây chuyền lắp ráp. Nó giúp giải đáp câu hỏi lâu nay về cách tự nhiên tạo ra những phân tử phức tạp này, đồng thời mở ra hướng mô phỏng quy trình đó trong phòng thí nghiệm".
Mitraphylline tự nhiên chỉ có ở lượng rất nhỏ trong một số loài cây nhiệt đới thuộc họ cà-phê như Mitragyna (cây kratom) và Uncaria (móng mèo), khiến việc chiết xuất hoặc tổng hợp quy mô lớn trở nên khó khăn và tốn kém.
Với việc xác định được hai enzyme chủ chốt, nhóm UBC đã đặt nền tảng cho quy trình sản xuất hợp chất tự nhiên hiệu quả và thân thiện môi trường hơn.
“Phát hiện này mở ra cách tiếp cận hóa học xanh để tạo ra các hợp chất có giá trị dược phẩm cao”, nghiên cứu sinh Nguyen cho biết. “Đây là kết quả của môi trường nghiên cứu hợp tác giữa sinh viên và giảng viên tại UBC Okanagan, nơi chúng tôi cùng nhau giải quyết các vấn đề mang tầm toàn cầu".
Công trình là sản phẩm hợp tác giữa nhóm của Tiến sĩ Dang tại UBC Okanagan và nhóm của Tiến sĩ Satya Nadakuduti tại Đại học Florida (Mỹ), với sự hỗ trợ của Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Tự nhiên và Kỹ thuật Canada (NSERC), Quỹ Đổi mới Canada, Chương trình Học giả Y tế BC Michael Smith và Viện Nông nghiệp và thực phẩm quốc gia thuộc Bộ Nông nghiệp Mỹ.
“Chúng tôi tự hào về phát hiện này, 0 bằng chứng cho thấy thực vật là những nhà hóa học thiên tài của tự nhiên. Bước tiếp theo, chúng tôi sẽ tìm cách ứng dụng các enzyme này để tạo ra nhiều hợp chất điều trị có giá trị khác”, Tiến sĩ Dang nói.
