Bilim insanları, robotların 'tık kimyası' yöntemiyle sentezlediği metal bazlı bileşikler arasında umut vadeden yeni bir antibiyotik adayı keşfetti. İridyum metal kompleksi, antibiyotik alanında alışılmışın dışında bir potansiyele sahip.
Bu bileşik, yakın zamanda yayımlanan bir çalışmada ortaya konan 600'den fazla adaydan biri. Araştırmacılar, robotik otomasyon kullanarak bir haftada büyük bir kimyasal kütüphane oluşturmayı başardı. Metal ve organik molekül yapı taşlarını birleştirerek bu hızlı sentezi gerçekleştirdiler.
Bu yenilikçi yaklaşım, yalnızca antibiyotik keşfini değil, kimya alanındaki diğer araştırmaları da hızlandırma potansiyeli taşıyor. Sürekli artan antibiyotiğe dirençli bakteri enfeksiyonları göz önüne alındığında, mevcut ilaçlara yanıt vermeyen mikropları öldürebilecek yeni ve etkili antibiyotiklere olan ihtiyaç her geçen gün artıyor. Bugüne dek yapılan araştırmalar daha çok organik moleküller üzerine yoğunlaşırken, metal kompleksleri büyük ölçüde göz ardı edilmişti.
Metal içeren bu bileşikler, daha düzlemsel organik alternatiflerine kıyasla üç boyutlu şekilleriyle dikkat çekiyor. Bu üç boyutlu yapı, onlara farklı kimyasal ve biyolojik özellikler kazandırıyor. Araştırmacılara göre bu özellikler, gelecekteki antibiyotik keşifleri için heyecan verici bir kaynak olabilir.
Metal komplekslerinin antimikrobiyal özellikleri hakkında yeterli veri bulunmaması, Frei ve ekibini olabildiğince çok sayıda bileşiği hızlı bir şekilde üretip test edebilecekleri verimli bir yöntem geliştirmeye yöneltti. Çözümleri, basit ve sağlam bir kimyayı en son teknoloji otomasyonla birleştirmek oldu.
Ekip, metale bağlanan ve kompleksin genel özelliklerini belirleyen organik moleküller olan 192 farklı ligand (bağlayıcı) oluşturdu. Bunu, bir sıvı işleme robotu kullanarak 'tık kimyası' reaksiyonuyla gerçekleştirdiler. Bu sağlam reaksiyon, azidler ve alkinler adı verilen iki tür başlangıç malzemesini birleştirerek triazol adı verilen ve nitrojen içeren halkalar oluşturuyor. Bu nitrojen halkaları metallere güçlü bir şekilde bağlanıyor.
Sürecin bir sonraki aşamasında robot, 192 ligandın her birini beş farklı metal ile birleştirerek toplamda 672 metal kompleksi üretti.
Frei, sıvı işleme robotlarını kullanma nedenlerinin farklı reaktifleri doğru oranlarda birleştirmeyi kolaylaştırması olduğunu belirtti. Azidlerin hazırlanmasının ardından alkinlerin ve katalizörün eklenerek tık reaksiyonunun gerçekleştirildiğini ve bu ligandların farklı metaller üzerinde kullanıldığını, tüm bu işlemlerin robotlarla tek bir kapta yapılabildiğini ekledi.
Her bir ürün, beklenen kompleksin oluştuğunu doğrulamak için analiz edildi ve hemen ardından antibakteriyel aktivitesi ve insan hücreleri için potansiyel toksisitesi test edildi. Bu sayede ekip, uzun süren saflaştırma adımlarıyla zaman kaybetmeden en güvenli ve en etkili bileşikleri hızla belirledi.
Bu yöntemle yüzlerce bileşikten ilginç olanlara geçilebildiğini belirten Frei, özellikle iridyum ve renyum içeren komplekslerin yüksek düzeyde antibakteriyel aktivite gösterdiğini aktardı. Toplamda, iridyum bileşiklerinin 59'u ve renyum bileşiklerinin 61'i, hastanelerde enfeksiyonlara neden olan ve hafiften ölümcüle kadar değişebilen Staphylococcus aureus bakterisinin büyümesini engelledi. Her iki metal için de insan hücrelerine karşı toksisite değişkenlik gösterdi. Bu ilk tarama sonuçlarından, ekip antibakteriyel aktivite ile düşük toksisiteyi en etkili şekilde dengeleyen altı bileşiği daha fazla çalışma için seçti.
Frei, gerçekten umut vadeden bu bileşiklerin belirlenmesinin ardından, laboratuvara dönülerek bu bileşiklerin yeniden üretilip izole edilebileceğini ve daha önceki sonuçların doğrulanabileceğini söyledi.
Bu ikinci tur testlerde, iridyum komplekslerinden biri açık ara öne çıktı. Bileşik, insan hücrelerine karşı toksisitesinin 50 ila 100 katı daha fazla antibakteriyel aktivite gösterdi. Bu büyük fark, kompleksin enfeksiyon tedavisinde etkili olurken insan dokularında kullanım için güvenli olmasını sağlamak açısından kritik öneme sahip.
Çalışmaya dahil olmayan bir moleküler biyosistem bilimcisi, robotik sentezle oluşturulan bileşiklerin çeşitliliğinden ve Frei'nin yaklaşımının verimliliğinden etkilendiğini belirtti. Ancak, antibiyotik adaylarının klinik ilaçlara dönüştürülmesi için hala önemli çalışmalar yapılması gerektiğini vurguladı.
En önemli sonraki adımların, en umut verici bileşiklerin kimyasal olarak stabil oldukları ve vücutta istenmeyen yan etkilere neden olmadıkları ilaç benzeri özelliklere sahip olduklarının gösterilmesi olduğunu belirtti. Ayrıca, bu bileşiklerin canlı bir vücutta nasıl çalıştığının, tercihen enfeksiyonun 'altın standart' kabul edilen fare modellerinde gösterilmesi gerektiğini ekledi.
Bu potansiyel antibiyotiklerin nihayetinde klinik kullanıma onaylanabilmesi için, laboratuvar hayvanlarındaki çalışmaların ardından insanlarda hem güvenli hem de etkili olduklarını kesin olarak gösterecek klinik denemeler takip edecektir.
Ancak şimdilik Frei, yapay zekadan yararlanarak belirli özellikleri hedeflemeye odaklanacak. Bu verilerle daha akıllı kararlar alınabileceğini, makine öğrenmesi kullanılarak hangi yapısal özelliklerin iyi aktivite ve düşük toksisiteye yol açtığının belirlenebileceğini ve modelin hangi bileşiklerin bir sonraki yapılması gerektiğini tahmin etmesini sağlayabileceğini belirtti.
