ריח של הצלחה: נפתרה חידה כימית ארוכת ימים

טרפּנים (Terpene) הם קבוצה גדולה של תרכובות אורגניות ארומטיות המיוצרות באופן טבעי בצמחים חיידקים ופטריות, ואחראיות על צבעים ועל מגוון ריחות, כגון ניחוחות של קליפות פרי הדר, גבינה, ופרחים שונים, מוורדים ועד קנאביס. אף שהטרפנים מורכבים מאותן אבני בניין, יש ביניהם הבדלים מעניינים הנובעים מאופן הייצור (סינתזה) שלהם. קבוצת המחקר של פרופ' דן מאיור מהמחלקה לכימיה והמרכז לננוטכנולוגיה באוניברסיטת בר-אילן פתרה את אחת החידות הקשורות בייצור טרפנים.

לטרפנים וטרפנואידים, שהם טרפנים עם שינויים כימיים קלים, תפקידים חשובים בהישרדותם של האורגניזמים המייצרים אותם: הם משמשים בעיקר להגנה – דחיית מזיקים או משיכת הטורפים של מזיקים אלה, ומעורבים גם בהעברת מסרים לבני המין ולשותפים הדדיים בנוגע לנוכחות מזון, בני זוג ואויבים. רבים מהטרפנים והטרפנואידים מוכרים לבני האדם כשמנים אתריים ויש להם שימושים רפואיים כנוגדי דלקת, אנטיביוטיקה, מווסתי מצב רוח והם אף בעלי השפעה נוגדת סרטן.

אנזימי טרפּן סינטסאז (TPS) מניעים את השלב הראשון בייצור טרפנואידים מיחידות שנקראות איזופרנואיד ויוצרים מבנים מורכבים וסבוכים. אף שכל הטרפנים מורכבים מאותן אבני בניין, הם שונים זה מזה מאחר שהם מסונתזים על ידיTPSs  שונים, שמקור ההבדלים ביניהם אבולוציוני. קבוצת המחקר של פרופ׳ מאיור התמקדה באתר הפעיל של TPS ואפיינה לראשונה הבדלים משמעותיים בסינתזה הכימית של טרפנים. החוקרים מציעים שהבדלים מרכזיים בסינתזת הטרפנים נובעים מהמוצא האבולוציוני של TPS - צמחים לעומת חיידקים או פטריות. לצורך האפיון השתמשו החוקרים במגוון כלים חישוביים, מתחום הביולוגיה החישובית (השוואת רצפי חלבונים וזיהוי מוטיבים חוזרים) והכימיה החישובית (ניבוי הגיאומטריה של חומר המוצא שממנו מסונתזים הטרפנים בתוך האנזים המייצר אותם, ועוד).

אחד הכלים שפותח במעבדה של החוקרים הוא תוכנת עיגון (docking) שהותאמה במיוחד לבעיות מורכבות מסוג זה. באופן כללי תוכנת עיגון היא שיטה ממוחשבת, שהחלה להתפתח מאז שנות השמונים, שמשמשת לניבוי "תנוחת" ההיקשרות של מולקולות, ואת אנרגיית ההיקשרות של מולקולה קטנה (ליגנד) למקרו-מולקולה כמו חלבון. התוכנה משתמשת במשוואות פיזיקליות ובמחשבי-על כדי לחזות ארגון מרחבי של מולקולות, כך שהמחקר אינו מצריך דגימות ניסיוניות של החומר שבמוקד העניין. הכלי שפותח במעבדת מאיור מנבא כיצד, מבחינת גיאומטרית, יתמקמו אבני הבניין – כלומר, הסובסטרט, החומר ההתחלתי שעליו פועל האנזים TPS- באתר הפעיל של האנזים, כדי שיהפכו בתום התהליך לטרפן (או לכל תוצר אחר).

מחקר זה עשוי לתמוך בניסיונות עתידיים לייצור טרפנים באופן מדויק ומאסיבי, ולמגוון שימושים רפואיים ותעשייתיים.

המאמר, שנכתב על ידי רננה שוורץ, שני זאב ופרופ' דן מאיור, התפרסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי Angewandte Chemie https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202400743.