Результаты работы ученых были опубликованы в журнале Nature Reviews Chemistry (Q1; IF:34,57). На данный момент это единственная публикация российских ученых по данной тематике.
Углеводы играют большую роль во многих жизненно важных процессах всех живых клеток. Существуют углеводы с необычной структурой, у которых есть нетипичные связи, нехарактерные для сахаров. В частности, они содержатся в бактериях, вызывающих различные патологические процессы.
Нетипичные сахара могут стать инструментом для борьбы с такими болезнетворными микроорганизмами. Бактерии будут захватывать сахара, которые имеют схожую структуру с бактериальными нетипичными сахарами, и не будут распространять свое воздействие на клетки организма, содержащие углеводы с типичной структурой (глюкоза, галактоза, манноза и др.).
Химики Томского политехнического университета и их коллеги из Швеции изучили существующие методы преобразования углеводов с типичной структурой при помощи фотокатализа. Исследование проводилось при поддержке гранта Российского научного фонда.
«Есть два способа получения нетипичных сахаров: выделять их из бактерий или синтезировать. Последний вариант является более оптимальным по многим параметрам. Самый перспективный метод — модификация углеводов при помощи фотокатализа. Он позволяет синтезировать нетипичные сахара быстрее, с минимальных расходом катализатора и максимальным выходом продукта», — рассказывает заведующая лабораторией «Химическая инженерия и молекулярный дизайн», доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Елена Степанова.
При фотокализе облучение реакционной массы проводится видимым светом. Он является мягким и сам по себе не вызывает изменений в скелете углевода. Реакции проходят при участии фотокатализатора — специальной молекулы, которая играет роль своеобразного посредника. Усваивая свет, молекула фотокатализатора переходит в возбужденное состояние и запускает каскад превращений, приводящих к изменению скелета углевода. Модифицированные таким образом сахара не опасны для человека и при этом способны взаимодействовать с бактериями, подавляя их деятельность.
В ходе исследования ученые классифицировали применяемые сегодня методы фотохимических модификаций сахаров в зависимости от исходных субстратов и выполняемых задач и предложили некоторые универсальные подходы.
Сейчас исследование выходит на стадию лабораторных экспериментов. Ученые определили простую функциональную группу, которая может отнимать атом водорода от определенного положения углевода, не усложняя сам процесс фотокаталитических преобразований и направляя его по четко заданному сценарию. В настоящий момент политехники разрабатывают оптимальную технологию модификации разных частей скелета углеводов с ее помощью.Ранее для модификации углеводов применялись дополнительные функциональные группы. Мы выяснили, что это сильно удлиняет процесс, делает его сложным и многостадийным, значительно уменьшая выход продукта. Для оптимизации процесса фотокаталитических превращений необходимо пересмотреть подход к использованию дополнительных функциональных групп,