Cemeg ‘fferru fframiau’ ar gyfer datgelu cyffuriau’r dyfodol

Mae ymchwilwyr yn cymryd cipluniau o adweithiau cemegol o mewn triliynfed eiliad, gan obeithio datblygu’r genhedlaeth nesaf o wrthfiotigau a chyffuriau gwrthfeirws.

Drwy ddefnyddio technoleg laser flaenllaw, mae gwyddonwyr o Brifysgol Caerdydd a Sefydliad Rosalind Franklin yn creu ‘ffilmiau fferru fframiau’ o adweithiau cemegol, gyda rôl amlwg i ensym penodol allai gael ei ddefnyddio i wneud cyffuriau newydd sy’n mynd i’r afael â feirysau, fel y Coronafeirws (COVID-19).

Bydd y dechnoleg yn galluogi’r tîm i arsylwi’r gemeg a geir o fewn ensym dros gyfnodau byr iawn. Bydd hyn yn caniatáu i wyddonwyr gael dealltwriaeth o sut mae strwythurau proteinau’n galluogi’r adwaith cemegol i ddigwydd.

Bydd yr wybodaeth hon yn hanfodol ar gyfer ymdrechion y tîm i ail-lunio’r ensym er mwyn gallu ei ddefnyddio i gynhyrchu cyfansoddion â phriodweddau gwrthfeirws mewn modd cyflym ac effeithlon.

I gyflawni hyn, maent yn manteisio ar alluoedd laser electronau-rhydd Pelydr-X (XFEL) pwerus yn Hamburg, yr Almaen.

Gellir defnyddio’r XFEL i gael lluniau o adweithiau ensymau mewn crisialau drwy danio pylsiau o belydrau X sy’n parhau am ffemtoeiliad – sef un cwadriliynfed eiliad. Mae’r bondiau rhwng atomau unigol yn cymryd tua 10 ffemtoeiliad i ffurfio yn ystod adweithiau cemegol, sy’n golygu y dylai’r XFEL allu cymryd cipluniau o strwythurau wrth iddynt ymffurfio o fewn yr ensym.

Mae gwireddu hyn, fodd bynnag, yn orchest hynod dechnegol sydd heb ei hadrodd ar gyfer y dosbarth o ensymau y mae’r tîm yn eu hastudio.

Bydd y tîm yn talu sylw penodol ar ensym a geir yn Streptomyces, sef bacteria sy’n aml yn byw mewn pridd a llystyfiant sy’n pydru, ac sy’n gyfrifol am gynhyrchu dros ddau draean o’r gwrthfiotigau a geir ym myd natur sy’n glinigol ddefnyddiol.

Mae’r ensym hwn yn hwyluso dau atom carbon i fondio. Dyma adwaith y mae’r ymchwilwyr yn ei ddisgrifio fel “hanfod cemeg bywyd”.

Mae’n bwysig deall adwaith bondio carbon-carbon oherwydd ei fod i’w weld mewn niwcleosidau C – dosbarth penodol o foleciwlau sy’n opsiynau hynod addawol ar gyfer cyffuriau gwrthfeirws y dyfodol. Mae remdesivir yn un enghraifft o niwcleosid C, a ddatblygwyd gan Gilead Sciences, Inc. Ar hyn o bryd mae’n cael ei dreialu ar draws y byd fel triniaeth bosibl ar gyfer COVID-19.

“Yn y bôn, rydym yn creu ffilm fferru fframiau o gemeg ar waith,” meddai ymchwilydd cyd-arweiniol y prosiect, yr Athro Nigel Richards o Ysgol Cemeg Prifysgol Caerdydd. “Mae bondiau cemegol yn ffurfio ac yn torri dros gyfnodau byr iawn, ac maent yn llawer rhy gyflym i’w gweld drwy ddefnyddio technegau eraill. Mae’r dechnoleg XFEL newydd yn cynnig ateb i’r broblem hon ar gyfer adweithiau cemegol a gatalyddir gan ensymau.”

“Bydd y dechnoleg flaenllaw hon yn ein galluogi i astudio adweithiau sy’n bwysig o ran eu biocemeg mewn modd na allem ni erioed o’r blaen. Bydd hon yn agor ystod newydd o bosibiliadau i ddarganfod a datblygu cyffuriau.

“Mae’n debyg y bydd ein harbrofion blaenllaw yn newid sut rydym yn meddwl am adweithiau cemegol o fewn ensymau – her fawr i feysydd cemeg, biocemeg a bioleg. Yn ei dro, bydd hyn yn ein galluogi i lunio llyfrgelloedd o ensymau tebyg y gellir eu defnyddio i wneud cyfansoddion gwrthfiotig a gwrthfeirws posibl, gan hwyluso’r broses o ddarganfod cyffuriau.

“O ran darganfod cyffuriau, niwcleosidau C yw moleciwlau’r dyfodol,” aeth yr Athro Richards rhagddo. “Mae’r cyfansoddion hyn eisoes yn cael eu defnyddio’n eang ym myd natur i ladd bacteria a feirysau.”

“Bydd gallu defnyddio ensym i greu bond carbon-carbon allweddol niwcleosidau C yn y labordy yn ein galluogi i adeiladu amrywiaeth o gyfansoddion newydd i’w gwerthuso fel cyffuriau posibl,” meddai.

Mae’r gwaith a gynhelir yng Nghaerdydd yn y prosiect pedair blynedd hwn wedi cael cyllid gwerth dros £600,000 gan BBSRC. Cynhelir y gwaith mewn cydweithrediad agos â thîm ymchwil yn Sefydliad Rosalind Franklin dan arweiniad yr Athro James Naismith, FRS.