Ферментативный однореакторный препаративный синтез 6-тио-2′-дезоксигуанозина

Разработан усовершенствованный биотехнологический способ получения 6-тио-2′-дезоксигуанозина – модифицированного нуклеозида, проявляющего уникально широкий спектр противоопухолевой активности. Препаративный однореакторный способ включает инкубирование при температуре 45 ℃ 6-тиогуанина и 2′-дезокситимидина в фосфатном буфере в присутствии рекомбинантных тимидинфосфорилазы и пуриннуклеозидфосфорилазы Escherichia coli и отличается от известного способа-аналога тем, что 2′-дезокситимидин и 6-тиогуанин вносят в реакционную смесь в количествах, намного превышающих их водорастворимость. Использование предлагаемого способа получения 6-тио-2′-дезоксигуанозина обеспечивает по сравнению с известным способом-прототипом увеличение выхода целевого продукта в расчете на исходный 2′-дезокситимидин с 14,6 до 33,5 % и повышение волюметрического выхода целевого продукта с 4,13 до 75,8 г/л реакционной смеси. Это существенно повышает эффективность использования единицы объема биореактора. Предлагаемый метод высокотехнологичен и может быть успешно применен в условиях производства.

1. Advances in the development of nucleoside and nucleotide analogues for cancer and viral diseases / L. P. Jordheim, D. Durantel, F. Zoulim, C. Dumontet // Nature Reviews. Drug Discovery. – 2013. – Vol. 12, N 6. – P. 447–464. https://doi.org/10.1038/nrd4010

2. Biocatalytic synthesis of antiviral nucleosides, cyclic dinucleotides, and oligonucleotide therapies / K. J. D. Van Giesen, M. J. Thompson, Q. Meng, S. L. Lovelock // JACS Au. – 2023. – Vol. 3, N 1. – P. 13−24. https://doi.org/10.1021/jacsau.2c00481

3. De Clercq, E. Selected milestones in antiviral drug development / E. De Clercq // Viruses. – 2024. – Vol. 16, N 2. – Art. 169. https://doi.org/10.3390/v16020169

4. Fighting antimicrobial resistance: innovative drugs in antibacterial research / R. D. Süssmuth, M. Kulike-Koczula, P. Gao, S. Kosol // Angewandte Chemie International Edition. – 2025. – Vol. 64, N 10. – Art. e202414325. https://doi.org/10.1002/anie.202414325

5. Lewkowicz, E. S. Whole cell biocatalysts for the preparation of nucleosides and their derivatives / E. S Lewkowicz, A. M. Iribarren // Current Pharmaceutical Design. – 2017. – Vol. 23, N 45. – P. 6851–6878. https://doi.org/10.2174/1381612823666171011101133

6. Enabling broader adoption of biocatalysis in organic chemistry / E. O. Romero, A. T. Saucedo, J. R. Hernandez-Melуendez [et al.] // JACS Au. – 2023. – Vol. 3, N 8. – P. 2073–2085. https://doi.org/10.1021/jacsau.3c00263

7. Verma, S. Recent developments and applications of biocatalytic and chemoenzymatic synthesis for the generation of diverse classes of drugs / S. Verma, S. Paliwal // Current Pharmaceutical Biotechnology. – 2024. – Vol. 25, N 4. – P. 448–467. https://doi.org/10.2174/0113892010238984231019085154

8. Del Arco, J. Purine and pyrimidine salvage pathway in thermophiles: a valuable source of biocatalysts for the industrial production of nucleic acid derivatives / J. Del Arco, J. Fernandez-Lucas // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2018. – Vol. 102, N 18. – P. 7805–7820. https://doi.org/10.1007/s00253-018-9242-8

9. Microbial biosynthesis of nucleos(t)ide analogs: applications, and engineering optimization / W. Yu, X. Wei, Y. Wu [et al.] // Critical Reviews in Microbiology. – 2024. – Vol. 51, N 5. – P. 879–897. https://doi.org/10.1080/1040841x.2024.2435668

10. Induction of Telomere Dysfunction Mediated by the Telomerase Substrate Precursor 6-Thio-2′-Deoxyguanosine / I. Mender, S. Gryaznov, Z. G. Dikmen [et al.] // Cancer Discovery. – 2015. – Vol. 5, N 1. – P. 82–95. https://doi.org/10.1158/2159-8290.cd-14-0609

11. A Modified Nucleoside 6-Thio-2ʹ-Deoxyguanosine Exhibits Аntitumor Аctivity in Gliomas / Sh. Yu, Sh. Wei, M. Savani [et al.] // Clinical Cancer Research. – 2021. – Vol. 27, N 24. – P. 6800−6814. https://doi.org/10.1158/1078-0432.ccr-21-0374

12. A telomere-targeting drug depletes cancer initiating cells and promotes anti-tumor immunity in small cell lung cancer / B. Eglenen-Polat, R. R. Kowash, H. C. Huang [et al.] // Nature Communications. – 2024. – Vol. 15, N 1. – Art. 672. https://doi.org/10.1038/s41467-024-44861-8

13. A convenient synthesis of 2′-deoxy-6-thioguanosine, ara-guanine, ara-6-thioguanine and certain related purine nucleosides by the stereospecific sodium salt glycosylation procedure / N. B. Hanna, K. Ramasamy, R. K. Robins, G. R. Revankar // Journal of Heterocyclic Chemistry. – 1988. – Vol. 25, N 6. – P. 1899–1903. https://doi.org/10.1002/jhet.5570250653

14. Xu, Y. Z. Simple synthesis of 4-thiothymidine, 4-thiouridine and 6-thio-2′-deoxyguanosine / Y. Z. Xu, Q. Zheng, P. F. Swann // Tetrahedron Letters. – 1991. – Vol. 32, N 24. – P. 2817−2820. https://doi.org/10.1016/0040-4039(91)85095-m

15. Onizuka, K. A new odorless procedure for the synthesis of 2′-deoxy-6-thioguanosine and its incorporation into oligodeoxynucleotides / K. Onizuka, Y. Taniguchi, S. Sasaki // Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids. – 2009. – Vol. 28, N 8. – P. 752–760. https://doi.org/10.1080/15257770903155576

16. Bieber, A. L. Enzymatic synthesis and some biochemical effects of 2′-deoxy-6-thioguanosine / A. L. Bieber, A. C. Sartorelli // Nature. – 1964. – Vol. 201. – Art. 624. https://doi.org/10.1038/201624a0

17. Атака на теломеры, или Подход к терапии рака с помощью 6-тио-2′-дезоксигуанозина / А. Береснев, Е. Квасюк, С. Квач, А. Зинченко // Наука и инновации. – 2016. – № 9. – С. 58−61.

18. High volumetric yields of functional dimeric miniantibodies in Escherichia coli, using an optimized expression vector and high-cell-density fermentation under non-limited growth conditions / U. Horn, W Strittmatter, A. Krebber [et al.] // Applied Microbiology and Biotechnology. – 1996. – Vol. 46, N 5−6. – P. 524−532. https://doi.org/10.1007/s002530050855