Химики нашли новое применение ДНК — в качестве катализатора для производства лекарств

Учёные из Национального университета Сингапура (NUS) открыли новое применение дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), используя её не только как генетический материал, но и как инструмент для более эффективного производства лекарственных соединений. Оказалось, что определённые части ДНК, называемые фосфатами, могут действовать как крошечные «руки», направляющие химические реакции для селективного получения нужной зеркальной версии соединения.

Многие лекарственные соединения являются хиральными, то есть существуют в двух зеркальных формах, подобно правой и левой руке, которые могут по-разному вести себя в организме. Это важный аспект, поскольку многие препараты работают только в одной из своих зеркальных форм. Например, «правосторонняя» версия может излечивать болезнь, в то время как «левосторонняя» может быть неэффективной или даже вредной. Создание правильной версии часто является сложной задачей, но новый подход на основе ДНК может сделать процесс проще и экологичнее.

В живых организмах ДНК и белки естественным образом притягиваются друг к другу, поскольку фосфатные группы ДНК имеют отрицательный заряд, в то время как многие строительные блоки белков заряжены положительно. Исследовательская группа под руководством доцента Чжу Жу-И с химического факультета NUS изучила, можно ли использовать это же притяжение для контроля и направления химических реакций с целью получения требуемых продуктов.

Они обнаружили, что определённые фосфатные группы в ДНК могут притягивать и направлять положительно заряженные реагенты во время химической реакции. Это похоже на то, как магнит мягко подтягивает металлический шарик в правильную ориентацию. Этот эффект «ионного спаривания» удерживает реагенты близко и в определённой ориентации, направляя реакцию специфическим образом для производства только одного зеркального продукта. Команда продемонстрировала этот эффект на нескольких различных типах химических реакций.

Чтобы точно понять, какие части ДНК ответственны за этот процесс, исследователи разработали новый экспериментальный метод под названием «PS-сканирование». Учёные систематически заменяли отдельные фосфаты вдоль цепи ДНК на структурно похожие аналоги, а затем повторяли реакции. Если изменение в определённой позиции вызывало падение селективности, это указывало на то, что исходный фосфат в этом месте был важен для направления реакции.

Компьютерное моделирование было проведено в сотрудничестве с профессором Чжан Синлуном из Китайского университета Гонконга для подтверждения этих выводов. Исследование было опубликовано в журнале Nature Catalysis 31 октября 2025 года.

Доцент Чжу заявил:

«Природа никогда не использует фосфаты ДНК в качестве катализаторов, но мы показали, что при правильном проектировании они могут действовать как искусственные ферменты.

Помимо концептуального прорыва, этот метод может сделать химическое производство более устойчивым и экологически чистым, особенно для получения сложных, высокоценных молекул, используемых в фармацевтической продукции».

В перспективе команда планирует изучить больше способов использования фосфатов ДНК для создания хиральных соединений, применяемых в разработке лекарств.

Больше информации: Zhaoyang Li et al, DNA phosphates are effective catalysts for asymmetric ion-pairing catalysis in water, Nature Catalysis (2025). DOI: 10.1038/s41929-025-01437-z

Источник: National University of Singapore