Forskning som leds av University of Michigan Life Sciences Institute har löst ett nästan 50 år gammalt mysterium om hur naturen producerar en stor klass av bioaktiva kemiska föreningar.

Resultaten är planerade att publiceras den 23 september i tidningen Naturkemi .

Föreningarna, kallas prenylerade indolalkaloider, upptäcktes först i svampar på 1970 -talet. Sedan dess, de har väckt stort intresse för sitt stora utbud av potentiella tillämpningar som användbara läkemedel. En förening används redan världen över som ett antiparasitiskt medel för boskap.

Att förstå hur svamparna bygger dessa kemikalier är viktigt för att reproducera dem och skapa varianter i labbet för nya applikationer. Svampens gener kodar för enzymer, och dessa enzymer använder mycket enkla byggstenar för att utföra varje steg för att bygga den komplexa molekylen.

Men trots den långa kunskapen om dessa föreningar, forskare har inte kunnat reta isär de exakta enzymerna och reaktionerna som svamparna använder för att producera dem.

"Men om vi faktiskt kan isolera de involverade generna och göra dessa enzymer, vi borde kunna återskapa hela biomonteringslinjen i ett provrör, "sade Qingyun Dan, en forskare i labbet av Janet Smith vid Life Sciences Institute och en huvudförfattare till studien. "Men, tills nu, inget labb har kunnat göra det. "

Med hjälp av ett samarbete som kombinerade syntetisk kemi, genetik, enzymologi, beräkningskemi och strukturbiologi under ett decennium, forskarna har avslöjat processen - och avslöjat en överraskande kemisk twist. Det sista steget i monteringsprocessen är en reaktion som är nästan utan motstycke i naturen:Diels-Alder-reaktionen.

"Denna reaktion är en av grunderna för syntetisk organisk kemi, tillbaka till 1920 -talet när det först upptäcktes, "sade LSI -fakultetsmedlem David Sherman, en av de högre författarna till studien.

"Men även under de senaste åren, Det har varit stor debatt på området om denna reaktion faktiskt existerar i naturen. Det är bara det mest fenomenala, oväntad väg till denna fascinerande klass av indolalkaloider. "

Forskarna tror att upptäckten av enzymet som möjliggör Diels-Alder-reaktionen-och löser hur dessa föreningar tillverkas i naturen-nu öppnar två spännande vägar framåt.

Först, det specifika enzym som katalyserar denna Diels-Alder-reaktion kan hjälpa till att förbättra en av de mest använda kemiska reaktionerna. Detta enzym utför reaktionen med specificitet som långt överstiger vad som vanligtvis kan uppnås i laboratoriet, vilket innebär att det bara skapar den önskade föreningen och inga oavsiktliga biprodukter.

Andra, eftersom forskarna kunde få en kristallstruktur av enzymet som utför Diels-Alder-reaktionen, de har nu en klar bild av hur enzymet styr reaktionen i naturen - och hur det kan utnyttjas för att skapa nya föreningar i framtiden.

"Detta är ett mycket bra exempel på kristallstrukturernas förklarande kraft, "sa Sean Newmister, en forskare i Shermans laboratorium och en huvudförfattare till studien. "Vi får mekanistisk inblick i aktiviteten hos enzymet vi studerar, men också inblick i hur man använder detta som ett verktyg för att syntetisera nya kemiska föreningar med biologiska aktiviteter. Och det är riktigt spännande. "