Estudiante construye biblioteca molecular de quinolinas

Sintetizar un grupo de moléculas y probar sus aplicaciones biológicas puede ser difícil de lograr en un lapso de seis semanas, según la estudiante de bioquímica Katelyn Bercaw. Para ayudar a futuros investigadores, Bercaw pasó parte de su verano sintetizando varios tipos de quinolinas, un grupo de moléculas que se sabe que tienen aplicaciones medicinales.

La biblioteca de quinolinas que construyó con la profesora asistente de química Courtney Meyet, su asesora de investigación, permitirá que futuros proyectos de investigación se centren en probar los efectos de las quinolinas en el crecimiento bacteriano.

"La razón por la que los sintetizamos en el laboratorio fue doble: la Dra. Meyet trabajó en estos durante la escuela de posgrado, por lo que sabe sobre ellos y cómo sintetizarlos, y también por sus aplicaciones medicinales", dijo Bercaw.

Su proyecto fue una continuación de proyectos de investigación anteriores relacionados con las quinolinas. El año pasado, Stevan Lukich '17 sintetizó varias quinolinas y luego trabajó con el presidente del departamento de biología, Frank Steiner, y las aplicó a las bacterias.

"Descubrió que tienen la capacidad de matar MRSA, bacterias resistentes a la meticilina, lo cual es genial porque siempre estamos buscando formas de matar las bacterias resistentes a los antibióticos", dijo Bercaw.

Lukich y Naomi Virnelson '16 trabajaron con quinolinas para ver qué compuestos de quinolina específicos tendrían el mayor impacto contra las bacterias.

"Naomi en realidad había encontrado el compuesto que tenía la mayor actividad", dijo Meyet. "Stevan también sintetizó eso y descubrió que también era así. Lo que estábamos tratando de hacer era tomar esa quinolina y sintetizar quinolinas similares que pudieran aumentar su actividad".

Las moléculas de quinolina consisten en dos estructuras de anillo conectadas, y el grupo de quinolinas que Bercaw trabajó para sintetizar también tiene componentes adicionales que se ramifican de ciertas partes de las estructuras de anillo.

Dentro de las estructuras de anillo de las quinolinas, los enlaces simples y dobles alternos contribuyen a las propiedades antibacterianas de las moléculas, dijo Bercaw. Las posiciones de los enlaces simples y dobles hacen que los electrones de la quinolina se exciten cuando se exponen a la luz ultravioleta, y la energía que liberan después de la exposición a la luz ultravioleta les permite matar las células bacterianas.

Para hacer estas quinolinas específicas, Bercaw usó un método llamado síntesis de un recipiente, un sistema con el que Meyet trabajó cuando aún estaba en la escuela de posgrado.

"Usó un método sobre el que yo había publicado anteriormente, así que confiaba en que el método funcionaría muy bien", dijo Meyet. "Había algunos compuestos que ella estaba sintetizando que no creo que se hayan probado en esa combinación".

La síntesis en un solo recipiente implica agregar los precursores químicos de cada quinolina, en este caso, una amina, un aldehído y un alquino, a un solo tubo de ensayo. Bajo ciertas condiciones, las moléculas reaccionarán para formar una quinolina con grupos específicos unidos al anillo de quinolina.

Una vez que ocurre la reacción, Bercaw utilizó varias técnicas, incluida la cromatografía en columna, para separar las moléculas de quinolina de los otros compuestos presentes en el tubo de ensayo.

"Es un proceso bastante simple", dijo Bercaw. "Hacer que la columna funcione es probablemente el paso más desafiante porque hay que tener una idea de cómo se separan los diferentes materiales".

Bercaw dijo que pudo producir con éxito nueve quinolinas diferentes para que futuros investigadores las usen en sus propios proyectos. Inicialmente luchó por aislar las quinolinas puras y descubrió que otros compuestos no deseados estaban mezclados con su producto. Meyet dijo que pudieron identificar el problema aproximadamente a la mitad del proyecto: un compuesto estabilizador que se mezcló con uno de los productos químicos que usaron en la síntesis.

"Al menos hemos resuelto ese problema, así que cuando sea el momento de que otros vayan y sinteticen, con suerte no nos encontraremos con el mismo problema", dijo Meyet.

Junior Rosemary Pynes dijo que continuará el trabajo de Bercaw de alguna manera el próximo verano, ya sea sintetizando quinolinas adicionales usando el mismo método que Bercaw o probando las quinolinas que Bercaw sintetizó para ver cómo afectarán a las bacterias.

Bercaw, quien planea asistir a la escuela de farmacia el próximo año, dijo que disfrutó trabajar en el proyecto el verano pasado.

"Fue divertido trabajar con el Dr. Meyet y dedicarme a una cosa de una manera que no podemos hacer cuando hacemos laboratorios para las clases", dijo Bercaw.