DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.5c12185
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41696203
تاريخ النشر: 2026-01-26
المؤلف: Brianna M. Lax وآخرون
الموضوع الرئيسي: النباتات المعدلة وراثياً وتطبيقاتها
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في إمكانية الجلوكوزيل لتenhance الذوبانية والتوافر الحيوي لنيكلوساميد (Nic)، وهو دواء جزيئي صغير يستخدم بشكل أساسي لعلاج عدوى الديدان الشريطية. تُظهر الدراسة أن مشتق O-glucoside، Nic-Glc، يظهر زيادة ملحوظة بمقدار 100 مرة في الذوبانية تحت ظروف فسيولوجية مقارنةً بـ Nic، متجاوزًا محاولات تعزيز الذوبانية السابقة. تم تحديد خمسة جليكوزيل ترانسفيراز (GTs) من النباتات للإنتاج الحيوي لـ Nic-Glc، حيث برز TOGT1_1 من *Nicotiana attenuata* كأكثر المرشحين فعالية. أدى الهندسة العقلانية لهذا الإنزيم إلى إنتاج متغيرات ذات استقرار ونشاط محسّن، مما يشير إلى قوة ومرونة الإنزيم.
ومع ذلك، تكشف الدراسة أيضًا أن الجلوكوزيل يقلل بشكل كبير من الفعالية المضادة للميكروبات والفيروسات لـ Nic، مما يشير إلى أن Nic-Glc قد يعمل بشكل أفضل كدواء مسبق. قد تستفيد هذه الاستراتيجية من فوائد الذوبانية للجلوكوزيل بينما تسمح بإطلاق Nic النشط في المواقع المستهدفة، مستفيدة من الجليكوزيداز الداخلي للهيدوليز. تؤكد النتائج على وعد الجلوكوزيل في تعزيز حركية وفعالية Nic، بينما تبرز أيضًا الحاجة إلى مزيد من الاستكشاف لأساليب جلوكوزيل مختلفة ومشتقات Nic لتحسين النتائج العلاجية بما يتجاوز تطبيقه الحالي كعامل مضاد للديدان.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث نيكلوساميد (Nic)، وهو دواء جزيئي صغير اصطناعي معترف به من قبل منظمة الصحة العالمية لفعاليته ضد عدوى الديدان الشريطية. على الرغم من موافقته الطويلة الأمد واستخدامه الراسخ، يظهر Nic ذوبانية ضعيفة (0.23 ملغ/لتر في الماء) وتوافر حيوي منخفض (حوالي 10%)، مما يحد من إمكاناته العلاجية لمجموعة متنوعة من الأمراض بخلاف تطبيقه كمضاد للديدان. على الرغم من أن التحليلات الحركية الدوائية تشير إلى أن Nic يتراكم في الأعضاء الإخراجية، إلا أن امتصاصه غير الكافي في أنسجة أخرى يقيّد فعاليته في الجسم الحي لمؤشرات أوسع، على الرغم من النتائج الواعدة في المختبر.
لمعالجة هذه القيود، تستكشف الدراسة الجلوكوزيل الإنزيمي لـ Nic لتعزيز ذوبانيته وتوافره الحيوي. يفترض المؤلفون أن مشتق O-glycoside، Nic-Glc، يمكن أن يحسن هذه الخصائص. يستفيدون من عائلة الجليكوزيل ترانسفيراز المعتمدة على UDP (UGT)، وخاصة إنزيمات عائلة 1 UGT (GT1)، المعروفة بقدرتها على جلوكوزيل الجزيئات الصغيرة. تؤكد الدراسة على إمكانية الجلوكوزيل الإنزيمي من خلال مقارنة ذوبانية Nic وNic-Glc عبر مذيبات مختلفة، حيث يظهر Nic-Glc ذوبانية متفوقة. بالإضافة إلى ذلك، تتضمن الأبحاث هندسة مرشحي إنزيم GT1 لتحسين نشاطهم، مما يؤدي إلى عدة طفرات ذات مقاييس أداء محسّنة. ومع ذلك، يُلاحظ أن Nic-Glc لا يحتفظ بالخصائص العلاجية لـ Nic في اختبارات الفيروسات والميكروبات، مما يشير إلى دوره المحتمل كدواء مسبق بدلاً من كونه عاملًا علاجيًا نشطًا.
طرق
في القسم التجريبي من الدراسة، يوضح المؤلفون المواد المستخدمة، مع تسليط الضوء بشكل خاص على الحصول على نيكلوساميد O-glucoside (نقاء 99%، CAS 2109782-49-0) من Biosynth كمنتج تخليق مخصص. بالإضافة إلى ذلك، حصلوا على نيكلوساميد (CAS 50-65-7) ومركبات أخرى من موردين تجاريين لضمان الاتساق والموثوقية في تجاربهم. لتخفيف أي متغيرات محتملة قد تؤثر على تخليق النيكلوساميد، حصل الباحثون أيضًا على نيكلوساميد (نقاء 99%) من Biosynth. تم تخزين كل من Nic وNic-Glc عند -80 درجة مئوية في DMSO خالي من الماء بتركيز 20 مللي مول للاستخدام التجريبي اللاحق.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية على قوة هذه العلاقات. يتم الإبلاغ عن مقاييس محددة، مثل قيم p وفترات الثقة، لدعم الاستنتاجات المستخلصة.
بالإضافة إلى ذلك، يتم وضع النتائج في سياق الإطار الأوسع للأدبيات الحالية، موضحة كيف تساهم هذه النتائج في الفهم الحالي للموضوع. يتم مناقشة تداعيات النتائج، مع التأكيد على أهميتها في اتجاهات البحث المستقبلية والتطبيقات المحتملة في هذا المجال. بشكل عام، يبرز القسم أهمية النتائج مع الاعتراف بأي قيود قد تؤثر على تفسير النتائج.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة خصائص النيكتيناميد (Nic) ومشتقه O-glucosylated (Nic-Glc)، مع التركيز على ذوبانيته واستقراره ونشاطه البيولوجي. وجدت الدراسة أن Nic-Glc أظهر ذوبانية محسّنة بشكل كبير – تحسينات تقارب مرتين في المذيبات المائية – مقارنةً بـ Nic، وهو أمر حاسم لتطبيقاته العلاجية المحتملة، خاصة في التغلب على التوافر الحيوي المنخفض لـ Nic في الجسم الحي. أشارت تقييمات الاستقرار إلى أن Nic-Glc ظل أكثر من 95% intact في الظروف الفسيولوجية، حتى في وجود مصل البقر الجنيني (FBS)، مما يشير إلى أنه يمكن أن يحافظ على فوائد ذوبانيته أثناء الدورة الدموية.
ومع ذلك، كانت الأنشطة المضادة للميكروبات والفيروسات لـ Nic-Glc منخفضة بشكل ملحوظ مقارنةً بـ Nic. بينما كان Nic فعالًا في تثبيط نمو *Staphylococcus aureus* وأظهر نشاطًا مضادًا للفيروسات ضد SARS-CoV-2 بتركيزات فعالة منخفضة (EC50)، لم يظهر Nic-Glc أي نشاط ملحوظ في هذه الاختبارات. يُفترض أن فقدان الفعالية هذا ناتج عن وجود مجموعة الجلوكوز التي تعيق اختراق الغشاء والتفاعلات الجزيئية اللازمة للعمل العلاجي. تشير النتائج إلى أنه بينما يعمل Nic-Glc كدواء مسبق واعد بسبب ذوبانيته واستقراره المحسنين، قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من الهندسة لتحسين إمكاناته العلاجية من خلال تسهيل إطلاق Nic النشط في المواقع المستهدفة.
DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.5c12185
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41696203
Publication Date: 2026-01-26
Author(s): Brianna M. Lax et al.
Primary Topic: Transgenic Plants and Applications
Overview
This research investigates the potential of glucosylation to enhance the solubility and bioavailability of Niclosamide (Nic), a small molecule therapeutic primarily used for tapeworm infections. The study demonstrates that the O-glucoside derivative, Nic-Glc, exhibits a remarkable 100-fold increase in solubility under physiological conditions compared to Nic, surpassing previous solubility enhancement attempts. Five glycosyltransferases (GTs) from plants were identified for the bioproduction of Nic-Glc, with TOGT1_1 from *Nicotiana attenuata* emerging as the most effective candidate. Rational engineering of this enzyme yielded variants with improved stability and activity, indicating the enzyme’s robustness and adaptability.
However, the study also reveals that glucosylation significantly diminishes the antimicrobial and antiviral efficacy of Nic, suggesting that Nic-Glc may function better as a prodrug. This prodrug strategy could leverage the solubility benefits of glycosylation while allowing for the release of active Nic at targeted sites, potentially utilizing endogenous glycosidases for hydrolysis. The findings underscore the promise of glycosylation for enhancing Nic’s pharmacokinetics and pharmacodynamics, while also highlighting the need for further exploration of different glycosylation approaches and Nic derivatives to optimize therapeutic outcomes beyond its current application as an anthelminthic agent.
Introduction
The introduction of the research paper discusses Niclosamide (Nic), a synthetic small molecule drug recognized by the World Health Organization for its efficacy against tapeworm infections. Despite its long-standing approval and established use, Nic exhibits poor solubility (0.23 mg/L in water) and low bioavailability (approximately 10%), which limits its therapeutic potential for various diseases beyond its anthelminthic application. Although pharmacokinetic analyses indicate that Nic accumulates in excretory organs, its inadequate absorption in other tissues restricts its in vivo efficacy for broader indications, despite promising in vitro results.
To address these limitations, the study explores the enzymatic glycosylation of Nic to enhance its solubility and bioavailability. The authors hypothesize that the O-glycoside derivative, Nic-Glc, could improve these properties. They leverage the UDP-dependent glycosyltransferase (UGT) superfamily, particularly family 1 UGT (GT1) enzymes, known for their ability to glycosylate small molecules. The study validates the potential of enzymatic glucosylation by comparing the solubility of Nic and Nic-Glc across various solvents, finding that Nic-Glc demonstrates superior solubility. Additionally, the research involves engineering GT1 enzyme candidates to optimize their activity, resulting in several mutants with enhanced performance metrics. However, it is noted that Nic-Glc does not retain the therapeutic properties of Nic in antiviral and antimicrobial assays, suggesting its potential role as a prodrug rather than an active therapeutic agent.
Methods
In the experimental section of the study, the authors detail the materials utilized, specifically highlighting the procurement of Niclosamide O-glucoside (99% purity, CAS 2109782-49-0) from Biosynth as a custom synthesis product. Additionally, they sourced Niclosamide (CAS 50-65-7) and other compounds from commercial suppliers to ensure consistency and reliability in their experiments. To mitigate any potential confounding variables arising from the synthesis of niclosamide, the researchers also acquired niclosamide (99% purity) from Biosynth. Both Nic and Nic-Glc were stored at -80 °C in anhydrous DMSO at a concentration of 20 mM for subsequent experimental use.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Specific metrics, such as p-values and confidence intervals, are reported to substantiate the conclusions drawn.
Additionally, the results are contextualized within the broader framework of existing literature, illustrating how these findings contribute to the current understanding of the topic. The implications of the results are discussed, emphasizing their relevance for future research directions and potential applications in the field. Overall, the section underscores the importance of the findings while acknowledging any limitations that may affect the interpretation of the results.
Discussion
In this section, the research discusses the characterization of Nicotinamide (Nic) and its O-glucosylated derivative (Nic-Glc), focusing on their solubility, stability, and biological activity. The study found that Nic-Glc exhibited significantly enhanced solubility—approximately two-log fold improvements in aqueous solvents—compared to Nic, which is crucial for its potential therapeutic applications, particularly in overcoming the low bioavailability of Nic in vivo. Stability assessments indicated that Nic-Glc remained over 95% intact in physiological conditions, even in the presence of fetal bovine serum (FBS), suggesting it could maintain its solubility benefits during circulation.
However, the antimicrobial and antiviral activities of Nic-Glc were markedly diminished compared to Nic. While Nic effectively inhibited the growth of Staphylococcus aureus and demonstrated antiviral activity against SARS-CoV-2 with low effective concentrations (EC50), Nic-Glc showed no significant activity in these assays. This loss of efficacy is hypothesized to result from the glucose moiety hindering membrane penetration and molecular interactions necessary for therapeutic action. The findings suggest that while Nic-Glc serves as a promising prodrug due to its enhanced solubility and stability, further engineering may be required to optimize its therapeutic potential by facilitating the release of active Nic at target sites.