Mitraphylline thuộc nhóm alkaloid spirooxindole, được biết đến với cấu trúc phân tử “xoắn” độc đáo và hoạt tính sinh học cao. Tuy nhiên, cách mà tự nhiên tạo ra những phân tử phức tạp này vẫn là bí ẩn suốt nhiều thập kỷ.

Bước ngoặt đến từ nhóm của tiến sĩ Thu-Thuy Dang, Trưởng nhóm nghiên cứu công nghệ sinh học sản phẩm tự nhiên tại UBC Okanagan. Năm 2023, nhóm của bà đã xác định được enzyme đầu tiên có khả năng “vặn xoắn” phân tử, tạo nên dạng cấu trúc spiro có ít nhất hai vòng phân tử chia sẻ một nguyên tử chung.

Tiếp nối phát hiện này, nghiên cứu sinh Tuan-Anh Nguyen dẫn đầu giai đoạn tiếp theo và phát hiện 2 enzyme then chốt phối hợp với nhau trong quá trình tổng hợp mitraphylline: một enzyme quyết định hình dạng ba chiều, còn enzyme kia hoàn thiện bước xoắn cuối cùng để hình thành phân tử hoàn chỉnh.

“Phát hiện này giống như tìm thấy các mắt xích còn thiếu trong dây chuyền lắp ráp. Nó giúp giải đáp câu hỏi lâu nay về cách tự nhiên tạo ra những phân tử phức tạp, đồng thời mở ra khả năng mô phỏng quy trình đó trong phòng thí nghiệm”, tiến sĩ Dang cho biết.

Trong tự nhiên, mitraphylline chỉ tồn tại với lượng rất nhỏ trong một số loài cây nhiệt đới thuộc họ cà phê như Mitragyna (cây kratom) và Uncaria (cây móng mèo). Điều này khiến việc chiết xuất hoặc tổng hợp ở quy mô lớn trở nên khó khăn và tốn kém.

Với việc xác định được 2 enzyme chủ chốt, nhóm nghiên cứu UBC đã đặt nền tảng cho quy trình sản xuất mitraphylline hiệu quả, bền vững và thân thiện môi trường hơn.

“Phát hiện này mở ra hướng tiếp cận hóa học xanh để tạo ra các hợp chất có giá trị dược phẩm cao”, nghiên cứu sinh Tuan-Anh Nguyen chia sẻ. “Đây cũng là kết quả của môi trường nghiên cứu hợp tác giữa sinh viên và giảng viên tại UBC Okanagan, nơi chúng tôi cùng nhau giải quyết những vấn đề mang tầm toàn cầu”.

Nghiên cứu sinh Tuan-Anh Nguyen và tiến sĩ Thu-Thuy Dang

Công trình được thực hiện với sự hợp tác giữa nhóm của tiến sĩ Dang tại UBC Okanagan và tiến sĩ Satya Nadakuduti tại Đại học Florida (Mỹ), cùng sự hỗ trợ từ nhiều tổ chức khoa học lớn, bao gồm Hội đồng Nghiên cứu Khoa học tự nhiên và kỹ thuật Canada (NSERC), Quỹ Đổi mới Canada, Chương trình Học giả Y tế BC Michael Smith, và Viện Nông nghiệp và Thực phẩm Quốc gia thuộc Bộ Nông nghiệp Mỹ.

“Chúng tôi tự hào về phát hiện này, là bằng chứng cho thấy thực vật là những nhà hóa học thiên tài của tự nhiên. Bước tiếp theo, chúng tôi sẽ tìm cách ứng dụng các enzyme này để tạo ra thêm nhiều hợp chất điều trị có giá trị khác”, tiến sĩ Dang cho biết.