Sản phẩm giả tự nhiên: lấy cảm hứng từ thiên nhiên, tinh chế hóa học

Sản phẩm giả tự nhiên (PNP) là gì?

Các sản phẩm giả tự nhiên (PNP) là các hợp chất tổng hợp được tạo ra bằng cách kết hợp các mảnh có nguồn gốc từ các sản phẩm tự nhiên (NP) trong các sắp xếp không xảy ra trong tự nhiên. Nguyên tắc hướng dẫn là kết hợp sự liên quan về cấu trúc và sinh học của các sản phẩm tự nhiên với các kết hợp mới với tự nhiên, tạo ra các cấu trúc phân tử hoàn toàn mới.

• Lấy cảm hứng từ thiên nhiên: Thiết kế bắt đầu với các mảnh vỡ hoặc họa tiết được tìm thấy trong các sản phẩm tự nhiên, nổi tiếng với các hoạt động sinh học và sự đa dạng hóa học phong phú.

• Hóa học tinh chế: Thông qua hóa học tổng hợp, những mảnh vỡ này được liên kết hoặc hợp nhất theo những cách chưa từng có, biểu đồ các khu vực mới của “không gian hóa học” mà thiên nhiên chưa khám phá thông qua quá trình sinh tổng hợp.

Sản phẩm giả tự nhiên được thiết kế như thế nào?

Quá trình này thường bao gồm một số bước:

1. Lựa chọn mảnh

   • Xác định các mảnh có ý nghĩa trong các sản phẩm tự nhiên, thường là những mảnh liên quan đến hoạt tính sinh học mạnh hoặc các đặc tính mong muốn.

2. Sự kết hợp mới lạ

   • Hợp nhất những mảnh vỡ này theo những cách không có trong tự nhiên. Điều này tạo ra các giàn giáo mới với các thuộc tính có thể vượt ra ngoài các NP mẹ.

3. Tổng hợp

   • Sử dụng các phương pháp tổng hợp hiện đại để tạo ra các phân tử mới — thường xuyên sử dụng các phương pháp linh hoạt, mô-đun để nhanh chóng xây dựng các thư viện đa dạng.

4. Sàng lọc sinh học

   • Đánh giá các hợp chất mới về hoạt tính sinh học để tìm ra các phân tử có ứng dụng tiềm năng trong sinh học hóa học hoặc điều trị.

Tại sao theo đuổi các sản phẩm giả tự nhiên?

• Mở rộng không gian hóa học: Máy móc sinh tổng hợp của thiên nhiên, mặc dù sung mãn, nhưng còn hạn chế. PNP cho phép các nhà hóa học khám phá các vùng không gian hóa học không thể tiếp cận thông qua quá trình tiến hóa tự nhiên.

• Hoạt tính sinh học mới: Bằng cách kết hợp các mảnh theo những cách mới, PNP có thể thể hiện các hoạt tính sinh học bất ngờ hoặc chưa từng có, mang lại cơ hội mới cho việc khám phá thuốc và phát triển công cụ sinh học.

• Giữ lại các đặc tính thuận lợi: Mặc dù được tổng hợp, nhiều PNP vẫn duy trì các đặc tính mong muốn của nguồn gốc sản phẩm tự nhiên của chúng, chẳng hạn như tính thấm tế bào, ổn định trao đổi chất và tính đặc hiệu của mục tiêu.

Ví dụ và tác động

• Khám phá thuốc: Nhiều dược phẩm được phê duyệt là dẫn xuất hoặc biến đổi của các sản phẩm tự nhiên. PNP mở rộng điều này bằng cách vượt ra ngoài những gì tự nhiên cung cấp, có khả năng mang lại các liệu pháp điều trị đầu tiên trong lớp.

• Thư viện hoạt tính sinh học: Thư viện PNP là nguồn phong phú các phân tử hoạt tính sinh học mới cho kháng sinh, chống ung thư và các lĩnh vực điều trị khác.

• Nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc-hoạt động: Việc tổng hợp mô-đun của PNP cho phép tối ưu hóa nhanh chóng dựa trên kết quả sàng lọc, một quá trình khó khăn hơn với các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên.

Bài học chính

• Các sản phẩm giả tự nhiên kết hợp những gì tốt nhất của cả hai thế giới: lấy cảm hứng từ các khuôn mẫu đã được chứng minh của tự nhiên, với sự sáng tạo và linh hoạt của hóa học tổng hợp hiện đại.

• Chúng cung cấp quyền truy cập vào lãnh thổ hóa học chưa được khám phá trước đây, với tiềm năng cho các hoạt động sinh học và dược lý mới.

• PNP đại diện cho một “sự tiến hóa hóa học” – một sự bổ sung do con người điều khiển cho chọn lọc tự nhiên để khám phá các phân tử nhỏ mới, có chức năng.