Student baut molekulare Bibliothek von Chinolinen auf

Laut Katelyn Bercaw, Studentin der Biochemie, kann es schwierig sein, innerhalb von sechs Wochen eine Gruppe von Molekülen zu synthetisieren und ihre biologischen Anwendungen zu testen. Um zukünftige Forscher zu unterstützen, verbrachte Bercaw einen Teil ihres Sommers damit, verschiedene Arten von Chinolinen zu synthetisieren, eine Gruppe von Molekülen, von denen bekannt ist, dass sie medizinische Anwendungen haben.

Die Chinolin-Bibliothek, die sie zusammen mit der Assistenzprofessorin für Chemie Courtney Meyet, ihrer Forschungsberaterin, aufgebaut hat, wird es künftigen Forschungsprojekten ermöglichen, sich auf die Prüfung der Auswirkungen der Chinoline auf das Bakterienwachstum zu konzentrieren.

„Der Grund, warum wir sie im Labor synthetisierten, war zweierlei: Dr. Meyet arbeitete während des Graduiertenstudiums daran, sodass sie über sie Bescheid weiß und weiß, wie man sie synthetisiert, und auch wegen ihrer medizinischen Anwendungen“, sagte Bercaw.

Ihr Projekt war eine Fortsetzung früherer Forschungsprojekte mit Chinolinen. Letztes Jahr synthetisierte Stevan Lukich '17 mehrere Chinoline und arbeitete dann mit Frank Steiner, dem Vorsitzenden der Biologieabteilung, zusammen, um sie auf Bakterien anzuwenden.

„Er fand heraus, dass sie die Fähigkeit haben, MRSA, Methicillin-resistente Bakterien, abzutöten. Das ist cool, weil wir immer nach Möglichkeiten suchen, antibiotikaresistente Bakterien abzutöten“, sagte Bercaw.

Lukich und Naomi Virnelson '16 arbeiteten beide mit Chinolinen, um herauszufinden, welche spezifischen Chinolinverbindungen die größte Wirkung gegen Bakterien haben würden.

„Naomi hatte tatsächlich die Verbindung gefunden, die die größte Aktivität aufwies“, sagte Meyet. „Stevan hat das auch synthetisiert und festgestellt, dass es auch so ist. Wir wollten dieses Chinolin nehmen und ähnliche Chinoline synthetisieren, die ihre Aktivität steigern könnten.“

Chinolinmoleküle bestehen aus zwei verbundenen Ringstrukturen, und die Gruppe der Chinoline, an deren Synthese Bercaw gearbeitet hat, enthält auch zusätzliche Komponenten, die von bestimmten Teilen der Ringstrukturen abzweigen.

Innerhalb der Ringstrukturen der Chinoline tragen abwechselnde Einfach- und Doppelbindungen zu den antibakteriellen Eigenschaften der Moleküle bei, sagte Bercaw. Die Positionen der Einfach- und Doppelbindungen führen dazu, dass die Elektronen des Chinolins angeregt werden, wenn es ultraviolettem Licht ausgesetzt wird, und die Energie, die sie nach der Einwirkung von ultraviolettem Licht freisetzen, ermöglicht es ihnen, Bakterienzellen abzutöten.

Um diese spezifischen Chinoline herzustellen, verwendete Bercaw eine Methode namens Eintopfsynthese, ein System, mit dem Meyet bereits während seines Graduiertenstudiums arbeitete.

„Sie nutzte eine Methode, über die ich zuvor veröffentlicht hatte, daher war ich zuversichtlich, dass die Methode sehr gut funktionieren würde“, sagte Meyet. „Sie synthetisierte einige Verbindungen, von denen ich glaube, dass sie in dieser Kombination noch nicht ausprobiert wurden.“

Bei der Eintopfsynthese werden die chemischen Vorläufer für jedes Chinolin – in diesem Fall ein Amin, ein Aldehyd und ein Alkin – in ein einzelnes Reagenzglas gegeben. Unter bestimmten Bedingungen reagieren die Moleküle unter Bildung eines Chinolins mit spezifischen Gruppen, die an den Chinolinring gebunden sind.

Sobald die Reaktion stattgefunden hatte, verwendete Bercaw mehrere Techniken, einschließlich Säulenchromatographie, um die Chinolinmoleküle von den anderen im Reagenzglas vorhandenen Verbindungen zu trennen.

„Es ist ein ziemlich einfacher Prozess“, sagte Bercaw. „Die Säule zum Laufen zu bringen ist wahrscheinlich der schwierigste Schritt, weil man ein Gefühl dafür bekommen muss, wie sich die verschiedenen Materialien trennen.“

Bercaw sagte, es sei ihr gelungen, erfolgreich neun verschiedene Chinoline herzustellen, die zukünftige Forscher in ihren eigenen Projekten verwenden könnten. Anfangs hatte sie Schwierigkeiten, reine Chinoline zu isolieren, und stellte fest, dass ihrem Produkt andere unerwünschte Verbindungen beigemischt waren. Meyet sagte, sie hätten das Problem etwa zur Hälfte des Projekts identifizieren können: eine stabilisierende Verbindung, die mit einer der Chemikalien gemischt wurde, die sie bei der Synthese verwendeten.

„Zumindest haben wir dieses Problem gelöst. Wenn es also an der Zeit ist, dass andere eine Synthese einleiten, werden wir hoffentlich nicht auf dasselbe Problem stoßen“, sagte Meyet.

Junior Rosemary Pynes sagte, sie werde Bercaws Arbeit im nächsten Sommer in gewisser Weise fortsetzen, indem sie entweder zusätzliche Chinoline mit der gleichen Methode wie Bercaw synthetisiert oder die von Bercaw synthetisierten Chinoline testet, um zu sehen, wie sie sich auf Bakterien auswirken.

Bercaw, die nächstes Jahr die Pharmazieschule besuchen will, sagte, dass ihr die Arbeit an dem Projekt im vergangenen Sommer Spaß gemacht habe.

„Es hat Spaß gemacht, mit Dr. Meyet zusammenzuarbeiten und sich einer Sache auf eine Weise zu widmen, die wir nicht können, wenn wir Laborübungen für den Unterricht machen“, sagte Bercaw.