Integration der Diffusions-NMR-Spektroskopie in den Workflow der Naturstoff-Forschung
Wirkstoffforschung, die Techniken der Synthesechemie verwendet, wird oft gegenüber der Naturstoff-Forschung bevorzugt. Probleme mit der Effizienz der Quellenauswahl, Screenen, Dereplikation, Isolierung und Strukturaufklärungsprozesse behindern häufig die Forschung und das Kommerzialisierungspotenzial von Naturstoffen. Neue Kernspinresonanz-(NMR) Ansätze wurden entwickelt, die spektroskopische Information liefern könnten, ohne die Notwendigkeit die Zutaten einer Mischung trennen zu müssen. Wissenschaftler des DOSYMNPS-Projekts (Novel applications of diffusion NMR spectroscopy in microbial natural products research) entwickelten Methoden, um Diffusions-NMR-Spektroskopiedaten zur Charakterisierung von rohen und vorfraktionierten mikrobiellen Extrakten zu verarbeiten und zu nutzen. Die Wissenschaftler konnten die einzelnen Komponenten in ihren sorgfältig entworfenen künstlichen Mischungen von sekundären Metaboliten rekonstruieren. Mithilfe eines neuartigen Protokoll, extrahierten sie synthetische Komponentenspektren, die den tatsächlichen reinen Verbindungsspektren sehr ähnlich waren. Obwohl sie auf rohe mikrobielle Extrakten aufgrund ihrer komplexen Natur nicht anwendbar sind, sind die NMR-basierten Tools, die von den Projektmitgliedern entwickelt wurden, bei einfachen Mischungen nützlich, wie solche, die durch semipräparative Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographie-(HPLC) Fraktionierung von Rohextrakten hergestellt werden. Mithilfe der Diffusions-NMR-Spektroskopie verbesserten die Forscher die Identifizierung von bereits bekannten Verbindungen, ein Verfahren, das als Dereplikation bezeichnet wird. Die Forscher testeten ihren NMR-basierten Dereplikationsansatz in verschiedenen Datenbanken, die experimentellen NMR-Spektren oder experimentelle und berechnete chemische Verschiebungszuordnungen von Naturprodukten enthalten. Zur Verbesserung der Genauigkeit entwickelten sie ein Protokoll, das die tatsächliche Masse mit dem geschätzten Molekulargewicht der Mischungskomponenten, die aus den Diffusions-NMR-Experimenten hergestellt wurden, korreliert. Die Forscher bewiesen auch die Möglichkeit der direkten Strukturaufklärung von neuen Sekundärmetaboliten in einfachen Mischungen mithilfe von Standard 1D- und 2D-NMR-Daten in Kombination mit Diffusionsexperimenten. Die Forschungsergebnisse haben die Wettbewerbsfähigkeit der Naturstoff-Forschung durch ein erweitertes Arsenal von NMR-basierten Tools erheblich verbessert. Diese Werkzeuge werden derzeit in der Abteilung Chemie der Gasthochschule für Forschungen in der Naturstoffchemie verwendet.
Schlüsselbegriffe
Sekundärmetaboliten, NMR-Spektren, Naturprodukte, Diffusions-NMR, DOSY, Dereplikation, Strukturaufklärung
