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科学家在深海沉积物中发现药物资源

2019-08-14 60放线菌抗生素

尽管海洋覆盖了地球表面70%的面积,但它们的生物医学潜力很大程度上尚未得到开发。加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的一组研究人员首次表明,深海沉积物是产生抗生素分子的微生物的重要生物医学资源。

科学家在深海沉积物中发现药物资源

深海沉积物是产生抗生素分子的重要生物医学资源

在斯克里普斯研究所(Scripps Institution)海洋生物技术与生物医学中心(Center for Marine Biotechnology and Biomedicine, CMBB)主任William Fenical领导的一个小组发表了一系列两篇论文,报告了他们发现了一种新型细菌,这种细菌可以产生具有治疗传染病和癌症潜力的分子。

Fenical说:“一般人认为海底是一个黑暗、寒冷和肮脏的地方,这是无关紧要的。但是我们已经证明,这个环境可能是一种巨大的资源,可以用来生产新的抗生素和治疗癌症的药物。”

科学家在深海沉积物中发现药物资源

海洋沉积物中广泛存在本地放线菌

第一篇论文发表在2002年10月的《应用与环境微生物学》(Applied and Environmental Microbiology)杂志上,强调了从海洋沉积物中发现的一种名为放线菌的新细菌。45多年来,陆地放线菌一直是制药业的基础,因为它们能够生产天然抗生素,包括链霉素、放线菌素和万古霉素等重要药物。本文的数据为海洋沉积物中广泛存在的本地放线菌种群提供了第一个确凿的证据。

科学家在深海沉积物中发现药物资源

确定了一种新天然产物结构

第二篇论文发表在2003年1月20日的《Angewandte Chemie》国际版上,它确定了一种新的天然产物的结构,Fenical的团队将这种新的细菌资源命名为Salinosporamide A。这种新化合物是一种有效的癌症生长抑制剂,包括人类结肠癌、非小细胞肺癌,以及最有效的乳腺癌。一月份的报告为最近发现的Salinospora属的一系列类似发现打开了大门。

“第二篇论文展示了生产具有高度生物活性和化学独特性的材料的潜力。这可能只是各种化学配方的冰山一角。”

研究意义

尽管目前有100多种药物来自陆地微生物,包括盘尼西林(盘尼西林可以说是医学界最重要的药物),但陆地微生物来源的潜力在近10年前开始下降。制药研究人员在全球各地到处寻找新的陆生产药微生物,但收效甚微。据Fenical说,考虑到细菌对现有抗生素的耐药性不断增加,有必要进行新的发现。

令人惊讶的是,拥有地球上最多样化生态系统的海洋,作为放线菌的潜在来源,却在很大程度上被忽视了。鉴于这一遗漏,Fenical所在的斯克里普斯CMBB团队很自然地开始了对海洋环境的研究,以发现在药物开发中具有重要意义的新微生物。

研究内容

他的团队开发了获取各种海洋沉积物的新方法和工具,其中包括一种小型取样装置,它能有效地从深海捕获样本。他们从大西洋、太平洋、红海和加利福尼亚湾的1000多米深的海底淤泥中提取。他们还开发了筛选这些样本的新方法(每立方厘米大约含有10亿个微生物),培养微生物,用遗传学方法鉴定它们,并筛选它们的代谢产物以获得抗癌和抗生素特性。

通过基因和培养分析,Fenical的团队发现了新的Salinospora属,这是一种在热带和亚热带海洋中发现的放线菌,但在陆地上从未见过。

他们的生物医学研究结果非常积极。在测试的100个菌株中,80%产生了抑制癌细胞生长的分子。大约35%的人表示他们有杀死致病菌和真菌的能力。根据Salinospora在全球的分布情况,Fenical估计将会有成千上万的菌株。

Fenical说:“我甚至可以说,以前从来没有在一组生物体中观察到过这种程度的生物活动。”

这些发现已获得加州大学的专利,并授权Nereus Pharmaceuticals Inc.进行后续开发。Nereus是一家成立四年的生物技术公司,位于加州圣地亚哥,致力于从这种新的药物发现来源开发新药。

Nereus Pharmaceuticals总裁兼首席执行官Kobi Sethna说:“斯克里普斯研究所的这些非凡的海洋发现,加上Nereus Pharmaceuticals的工业化,可能为制药行业提供下一个伟大的药物发现来源。”

“这些发现预示着抗生素发现的未来,”Fenical说。他们指出,海洋是一种令人难以置信的令人兴奋的新微生物资源。它们表明我们所知甚少,也表明我们需要在海洋的进一步探索上投入多少。”

引用

University Of California - San Diego. "Scripps Scientists Discover Rich Medical Drug Resource In Deep Ocean Sediments." ScienceDaily. ScienceDaily, 20 January 2003.
www.sciencedaily.com/releases/2003/01/030120100702.htm.

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