Una molecola antibiotica trovata 50 anni fa in un Vulcano viene sintetizzata con successo per la prima volta

Nel 1974, il chimico tedesco Axel Zeeck e il suo collega turco Mithat Mardin isolarono due particolari composti chimici (β- e γ-naftociclinone) da pigmenti rossi prodotti da batteri del suolo (‘Streptomyces arenae‘) raccolti dal cratere di un vulcano in Camerun. Sebbene scoprirono che entrambe le biomolecole avevano proprietà antimicrobiche e rappresentavano una famiglia di antibiotici con un enorme potenziale farmacologico, la loro sintesi artificiale era stata fino ad allora una grande sfida.

Per decenni, i tentativi di trovare le reazioni chimiche necessarie per ricreare questi composti in laboratorio —e in quantità utili— erano falliti a causa della complessità delle strutture. Tuttavia, recentemente esperti dell’Istituto delle Scienze di Tokyo sono riusciti nell’impresa: hanno sintetizzato con successo, per la prima volta, β- e γ-naftociclinone. Un’impresa senza precedenti che ha richiesto 50 anni per essere completata.

Come riportato questa settimana dall’istituzione educativa giapponese, un team di ricerca, guidato dal professor Yoshio Ando, ha superato l’ardua impresa grazie a una “strategia elegante”, combinando tattiche di chimica avanzata con strategie innovative, e utilizzando un approccio noto come “analisi retrosintetica“. Questa tecnica consiste nel lavorare a ritroso, ossia partire dalla molecola obiettivo e scomporla in precursori più semplici per identificare una via praticabile per la sua sintesi.

In questo modo, partendo da un campione di β-naftociclinone, Ando e i suoi collaboratori hanno ideato un “approccio a due fasi” con cui sono riusciti a riprodurre la sua intricatissima struttura centrale, chiamata nucleo di biciclo octadienone. Questa sorta di ponte collega i due monomeri che compongono sia il β-naftociclinone che il γ-naftociclinone (entrambi i composti sono abbastanza simili). Far sì che questo nucleo si formasse come legame tra i monomeri era stato fino ad allora uno degli ostacoli principali per la loro sintesi artificiale.

Attraverso questo e altri metodi chimici che hanno coinvolto una serie di reazioni e molecole intermedie, i ricercatori hanno trovato un percorso che ha permesso loro di posizionare le parti con precisione e unirle in un modo che non ne compromettesse la funzione. “Grazie alla loro attenzione ai dettagli e alla considerazione accurata di tutte le reazioni intermedie, i ricercatori sono riusciti a sintetizzare il β-naftociclinone con un rendimento accettabile di almeno il 70%“, ha dettagliato l’Istituto delle Scienze di Tokyo.

Per produrre γ-naftociclinone è stato utilizzato un processo noto come “lattonizzazione ossidativa” a partire dal β-naftociclinone, ottenendo un rendimento dell’87%. Successivamente, gli scienziati hanno confrontato la struttura dei loro composti con gli originali provenienti dal vulcano e hanno verificato che entrambi erano “identici“. “La configurazione assoluta delle molecole sintetiche e naturali era la stessa”, ha precisato Ando. I dettagli del loro lavoro sono stati pubblicati sulla rivista Angewandte Chemie International Edition.

L’Istituto delle Scienze di Tokyo sottolinea che la scoperta rappresenta un importante progresso in chimica e si augura che apra le porte allo sviluppo di nuovi composti con possibili applicazioni in medicina e biotecnologia. “Con un po’ di fortuna, le conoscenze ottenute in questo lavoro spianeranno la strada verso nuovi prodotti chimici con valore medico, ambientale e biologico“, afferma.