Что значит умная химия

Десять важнейших технологий в химии

Применение нанотехнологии позволяет разрабатываать «умные» супрамолекулярные материалы, как, например, созданный французскими химиками высокоэластичный материал, который можно «склеить» при комнатной температуре, просто прижав друг к другу два его фрагмента, без использования дополнительных реагентов и без нагревания (P. Cordier et al., 2008. Self-healing and thermoreversible rubber from supramolecular assembly).

Умная химия и новый класс антибактериальных средств

Опасения, связанные с все усиливающейся устойчивостью бактерий к антибиотикам, растут, и ученые спешно ищут новые виды лекарств, чтобы заменить ими ставшие неэффективными. Один из перспективных новых классов молекул, ацилдепсипептиды (acyldepsipeptides, ADEPs), убивает бактерии таким образом, каким этого не делает ни один из имеющихся на рынке антибактериальных препаратов – путем вмешательства в молекулярный путь, используемый клетками для удаления вредных белков.

Nazvana poza Что значит умная химия
Названа поза, которая не оставит ни одну женщину без оргазма
5 часов назад
Vkladchikam vernut vse Что значит умная химия
Вкладчикам вернут все, что было на советских сберкнижках
8 часов назад

1_344.jpg

Более жесткий ключ в замке. Ученые из Университета Брауна
и MIT модифицировали ацилдепсипептиды – ADEPs, – сделав их
более жесткими и способными нарушать биохимию бактерий.
Эти изменения значительно повысили эффективность ADEPs.
(Фото: Sello lab/Brown University)

Исследователи из Университета Брауна (Brown University) и Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) показали, что изменение в остове молекул ADEPs резко повышает их биологическую активность. Сделав структуру ADEPs более жесткой, ученые получили новые аналоги ADEPs – в 1200 раз более мощные, чем природные молекулы.

Статья об исследовании опубликована в журнале Journal of the American Chemical Society.

«Наша работа очень важна, так как мы наметили и обосновали стратегию повышения эффективности этого перспективного класса потенциальных антибактериальных препаратов», – говорит руководитель исследования Джейсон Селлоу (Jason Sello), профессор химии Университета Брауна. «Синтезированные нами молекулы – одни из самых мощных антибактериальных веществ, о которых когда-либо сообщалось в литературе».

Молекулы ADEPs убивают бактерии, используя уникальный механизм, отличающийся от механизма действия любого из клинически доступных антибактериальных препаратов. Они работают за счет связывания с белком бактериальных клеток, ответственным за удаление из них биохимического мусора. Этот бочкообразный белок, называемый ClpP, разрушает неправильно свернутые или поврежденные белки, способные нанести клетке вред.

Однако связывание ClpP с ADEP снижает его избирательность по отношению к разрушаемым им белкам. Фактически связывание с ADEP делает действия «мусорщика» неконтролируемыми, и он начинает пожирать здоровые белки по всей клетке. Для бактерий такой «взбесившийся» ClpP становится смертельной угрозой.

Первые открытые учеными ADEPs – природные соединения. Некоторые бактерии синтезируют их как средство химической защиты. Но за последние несколько лет ученые, включая группу профессора Селлоу, синтезировали ряд аналогов ADEPs в надежде найти соединения с потенциалом новых лекарственных препаратов.

Один из подходов, которые, по мнению исследователей, могли бы сработать, состоит в том, чтобы сделать молекулу ADEP более жесткой. По сравнению с молекулой ClpP, с которой она взаимодействует, молекула ADEP более гибка.

«Чтобы описать, как малая молекула связывается с белком, мы часто используем выражение «замок и ключ». Не трудно представить себе, что вставить в замок жесткий ключ гораздо легче, чем гибкий. Аналогично жесткие молекулы часто более плотно связываются со своими белковыми мишенями», – комментирует Селлоу.

Он и его коллеги синтезировали несколько новых молекул ADEP, заменив определенные аминокислоты в природных молекулах такими, которые, по их мнению, могли бы повысить жесткость структуры. Чтобы узнать, действительно ли структура новых молекул стала более жесткой, исследователи оценили силу внутримолекулярных водородных связей (более прочные водородные связи означали бы большую жесткость молекулы).

Читайте также:  Топ бюджетных гелей для умывания

Для этого они поместили молекулы ADEPs в раствор с высоким содержанием дейтерия – водорода, атом которого имеет дополнительный нейтрон. Атомы дейтерия из раствора постепенно замещали атомы водорода в молекулах ADEP. Однако замена на дейтерий происходит медленнее, если атомы водорода в молекуле связаны сильными связями. Таким образом, если в модифицированных ADEPs обмен на дейтерий происходил бы более медленно, это было бы признаком более сильных связей и более жесткой структуры молекулы.

Эксперименты показали, что модифицированные ADEPs обменивают дейтерий в 380 раз медленнее, чем природные – абсолютный показатель большей жесткости молекул.

«Мы были очень рады тому, что довольно простые изменения в структуре ADEP позволили так значительно повлиять на ее жесткость», – говорит Даниэль Карни (Daniel Carney), аспирант профессора Селлоу. «Но что еще более важно, это то, что результаты подтверждают наш принцип конструирования ADEPs. Проверка хорошо продуманной химической теории лабораторными экспериментами всегда приносит результат».

Чтобы подтвердить прогноз, что жесткие ADEPs будут более плотно связывать ClpP, Роберт Зауэр (Robert Sauer) и Карл Шмиц (Karl Schmitz) из MIT сравнили способность аналогов ADEPs и исходного соединения воспроизводить явление «неудержимого удаления мусора» в растворах, содержащих белок ClpP. Эксперименты показали, что модифицированные ADEPs эффективны при значительно более низких концентрациях, что указывало на более высокую эффективность связывания. Модифицированные молекулы связывали ClpP в семь раз лучше стандартных.

На заключительном этапе испытаний ученые проверили эффективность уничтожения жесткими ADEPs бактерий in vitro. Эти эксперименты показали, что, по сравнению со стандартными ADEPs (по данным публикаций), модифицированные соединения были гораздо более эффективны по отношению к трем различным опасным бактериям (в 32 раза по отношению к S. aureus, в 600 раз – E. faecalis, в 1200 раз – S. Pneumoniae).

Профессор Селлоу немного удивлен резким повышением эффективности ADEPs по сравнению с гораздо более скромным повышением эффективности связывания ClpP.

Eto byla poslednyaya rybalka dlya nego Что значит умная химия
Это была последняя рыбалка для него! Рыбак просто вскрыл рыбу, а дальше...
10 часов назад
Zhutkaya smert vsya strana Что значит умная химия
Жуткая смерть: вся страна соболезнует Стасу Пьехе
8 часов назад

«Мы установили, что самый мощный аналог ADEP связывает ClpP в семь раз лучше, чем исходное соединение, но его антибактериальная активность выше в 1200 раз», – поясняет ученый. «Мы считаем, что в некоторой степени это повышение эффективности может быть связано с тем, что более жесткие ADEPs связывают ClpP более плотно и обладают повышенной способностью проходить через клеточную мембрану. Более высокая способность аналогов ADEP проникать в клетки согласуется с опубликованными данными о том, что молекулы с сильными внутримолекулярными водородными связями делают это особенно хорошо».

Профессор Селлоу и его группа воодушевлены своими результатами и сейчас работают над трансляцией ADEPs в антибактериальные препараты нового поколения. На сегодня эффективность ADEPs против стафилококков, а также других бактерий, вызывающих некоторые формы пневмонии, туберкулез и другие инфекции, доказана in vitro. Следующий этап – эксперименты с целью проверить, насколько хорошо эти соединения работают на мышах, – уже идет.

Читайте также:  Крем для тела для упругости кожи отзывы

Десять важнейших технологий в химии

IUPAC опубликовал список наиболее перспективных направлений исследований

Для составления списка Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) созвал группу независимых экспертов. Их выбор пал на технологии защиты окружающей среды и устойчивого развития, а также на технологии для борьбы с пандемией.

chto znachit umnaya 327A Что значит умная химия

Фото: Getty Images

Фото: Getty Images

Президент IUPAC Хавьер Гарсия Мартинес, представляя список, объяснил его задачу — группа экспертов выявляет наиболее перспективные технологии, а еще стремится к разнообразию идей: «Каждая технология, оказавшаяся в списке, по-своему замечательна, но важно, что она вносит существенный вклад в решение проблем человечества. К примеру, зеленая технология синтеза аммиака позволит значительно снизить выбросы углекислого газа, сопровождающие производство удобрений. А метаболомика дает исследователям новые инструменты для изучения клеточной биологии».

Искусственный гумин из биомассы

Гумин, один из важнейших элементов гумуса, образуется в природе из остатков растений и служит источником питательных веществ. Но естественный процесс образования гумуса сопровождается выделением углекислого газа и метана. Искусственный гумин значительно уменьшает выбросы парниковых газов и улучшает качество почвы, поскольку может быть сбалансирован по составу. Один из вариантов производства искусственного гумина без парниковых газов — гидротермическая гумификация органических остатков: их, по сути, варят с добавлением золы.

Блокчейн

Это уже хорошо известная технология хранения данных, в основном ее используют как инструмент для цифровых трансакций. Химики-исследователи выбрали блокчейн, чтобы одновременно и сохранять последовательность операций в прикладных работах, и держать их открытыми для всех участников проекта. А химические компании с помощью блокчейна модернизируют цепочки поставок и обеспечения их безопасности.

Хемилюминесценция

Молекулы, излучающие свет, используются во многих сферах: с их помощью обнаруживают кровь на месте преступления или подсвечивают биологические образцы под микроскопом. Следующий шаг — использовать хемилюминесцентные зонды на основе диоксетанов (диоксациклобутанов), например, для обнаружения в организме определенных типов опухолей и патогенных бактерий вроде сальмонеллы.

Читайте также:  Что делать чтобы патчи не сползали

Химический синтез РНК и ДНК

Идея вакцины от ковида на основе мРНК блестяще воплощена, следующий шаг — использовать этот метод для профилактики других инфекций и лечения рака и диабета. Химический синтез РНК и ДНК теперь полностью автоматизирован, есть несколько вариантов настольных устройств для этого. А вскоре рутинной станет технология нанесения ДНК на кремниевые микрочипы — вместо интегральной схемы.

Сверхсмачиваемость

Сверхсмачиваемые материалы сочетают в себе два противоположных свойства — гидрофобность и гидрофильность. Для их создания ученые черпали вдохновение в природе, изучая листья лотоса, которые чрезвычайно трудно намочить, и паутину, которая отлично притягивает воду. Сверхсмачиваемые материалы уже используются, например, для удаления примесей из воды, а еще служат основой самоочищающегося текстиля.

Полусинтетическая жизнь

Синтез нуклеотидов уже налажен, дело за инструментами, которые позволят минимизировать количество ошибок при транскрипции и трансляции ДНК. Другое направление этой технологии представлено синтезом не существующих в природе нуклеотидов. Их применение позволит разработать новые методы лечения рака. Пионерскую разработку сделала компания Synthorx, приобретенная Sanofi: ее метод, получивший название Thor-707, проходит клинические испытания.

Метаболомика отдельных клеток

Вообще, метаболомика занимается химическими процессами в живых организмах на клеточном уровне. Уже можно строить метаболические профили отдельных клеток, следующий шаг — изучение процессов, возникающих при взаимодействии болезнетворного организма с клетками тела.

Зеленое производство аммиака

Аммиак — один из главных исходных элементов для промышленной химии. Но производство аммиака ведется по технологии более чем столетней давности, она называется «процесс Габера—Боша». Этот процесс очень энергозатратен и сопровождается выбросами большого количества углекислого газа. Чтобы его заменить, исследуется применение новых катализаторов, а также прямой электрохимический синтез в водных, солевых или твердотельных электролитических ячейках. Есть определенные надежды и бактериальные ферменты, восстанавливающие азот.

Сонохимические покрытия

Использование звуковых волн для запуска химических реакций имеет большой потенциал в производстве инновационных материалов — особенно для противомикробных покрытий или детекторов патогенных бактерий. Другие направления «звуковой химии» могут обеспечить продление сроков хранения пищи, повышение производительности и срока службы литийионных батарей.

Прицельная деградация белков

Эта технология позволяет исследователям контролировать количество вредного белка в организме, а не пытаться подавлять его активность. Препараты в этой технологии используют природный метод протеасомной деградации белков — обычно так клетки утилизируют продукты своего метаболизма. Но он годится и для лечения заболеваний, связанных с накоплением патологических белков: многих видов рака, болезней Альцгеймера и Паркинсона. Технология уже привлекла инвестиции от крупных фармацевтических компаний.

При написании статьи использовались следующие материалы:

https://www.nanonewsnet.ru/news/2014/umnaya-khimiya-novyi-klass-antibakterialnykh-sredstv

https://www.kommersant.ru/doc/5061523

12 veshhej kotorye v SSSR Что значит умная химия
12 вещей, которые в СССР были лучше, чем в современной России
6 часов назад
Kak uznat proklyata li vasha kvartira Что значит умная химия
Как узнать, проклята ли ваша квартира
10 часов назад

Вы находитесь на этой странице:

Читайте также