佛罗里达州立大学(Florida State University)Warner Herz化学与生物化学副教授James Frederich及其团队开发出一种用于快速组装复杂天然分子的合成方法,并首次实现真菌来源分子“福西考卡二烯”(fusicoccadiene)的全合成。研究成果已发表在《美国化学会杂志》(Journal of the American Chemical Society)。
Frederich表示,其实验室长期聚焦结构高度复杂的天然产物合成,目标是获得具有转化潜力、但目前难以以实用方式获取的分子结构。团队通过扩展既有化学手段并引入新方法,从零开始搭建复杂分子骨架。
研究团队指出,生物分子(包括蛋白质、脂质等)在细胞生命过程中发挥作用的方式与其结构密切相关。通过研究自然界中结构复杂的物质——例如由真菌福西考卡桃蚜菌产生的相关分子——研究人员可在此基础上对分子进行改造,将其作为药物发现的起点。

福西考卡二烯被描述为福西考卡烷类(fusicoccane)分子的烃类前体。福西考卡烷是一类源自真菌的天然分子,被认为具有生物医学应用潜力。研究介绍,包括福西考辛A(fusicoccin A)和柯替宁A(cotylenin A)在内的多种福西考卡烷分子,能够通过增强癌细胞对内源性细胞死亡机制的敏感性来诱导癌细胞死亡。
不过,福西考卡二烯的核心结构为5-8-5融合环系,由两个五元环与一个中心八元环融合构成,结构复杂、实验室合成难度高。Frederich称,该合成路线的建立具有挑战性,是历时近十年的多个博士论文项目的成果。
在具体策略上,团队采用了光促进的化学过程,将多烯前体的一种化合物转化为另一种化合物,以推进分子骨架构建。完成分子合成后,研究人员还对其进行进一步修饰,以在精确位点改变分子结构,获得所需化合物及特定空间构型,从而带来不同功能与应用可能。

Frederich表示,团队并未围绕单一靶点设计分子,而是提出一种组装方案,旨在为未来医学研究中可能使用的非天然物质组合提供结构基础。该方法强调在分子形成早期直接构建5-8-5核心,再通过多种反应对外围结构进行功能化修饰。
研究团队同时指出,将实验室合成分子进一步转化为可供患者使用的治疗药物通常需要较长时间,但完成全合成与结构改造被视为关键的早期步骤,有助于后续测试不同结构与功能,并为未来药物开发奠定基础。
佛罗里达州立大学化学与生物化学系主任魏扬表示,Frederich的研究推动了该系在天然产物与合成有机化学领域的传统与优势,并与分子生物设计的新计划相结合,为学校药物发现方向搭建了一个现代平台。