霉菌的化学性质为药物研究提供了重要线索

2020-10-28 98霉菌

科学家们首次发现,大自然是如何通过一种令人印象深刻的技巧,生产出与抗击疟疾、细菌感染和癌症的药物类似的关键化学物质,这一发现为未来的药物开发带来了希望,霉菌的化学性质为药物研究提供了重要线索。

主要研究者德克萨斯大学奥斯汀分校分子生物科学副教授张艳杰西、波士顿大学的刘平华和中国科学院的张立新在《自然》杂志上报告了他们的发现。

研究背景

就像铁锈或森林火灾的蔓延依赖于氧气一样,一些医学疗法--包括导致今年诺贝尔生理学或医学奖的疟疾防治化合物之一的青蒿素--需要与氧气发生化学反应才能发挥作用。具体来说,在一种物质中插入两个连续的氧原子,就会给对抗疾病的药物带来健康益处。但是,虽然科学家们知道这种在植物中发现的化学反应对人类有帮助,但他们并不完全了解它是如何工作的,也不知道如何在实验室中实现它。

霉菌的化学性质为药物研究提供了重要线索

Zhang、Liu及其同事的发现--关于一种普通霉菌中的蛋白质如何将一对氧原子插入到毒素中--揭示了自然界是如何执行这一技巧的。Zhang将其描述为自然界中一个复杂的化学过程的例子,合成生物学家现在可以借用它来设计一类全新的合成药物。

"了解机制对药物发现很重要,"她说。"你不想基于一个完全错误的反应机制来开发药物,后来发现生物合成策略不起作用。"

在霉菌中研究的蛋白质是一个更大的蛋白质家族的一部分,也是在人类中发现的,并参与了许多重要的生物过程,包括基因调节和脂肪酸代谢。研究人员怀疑,相关的人类酶也可能利用霉菌采用的复杂过程来进行自己的氧化反应。最终,科学家们希望找到在这些酶不能正常工作时帮助人体的方法。

"当这些酶过度活跃或不够活跃时,就会发生疾病,如癌症、类风湿性关节炎和糖尿病,"张说。"因此,通过了解它们的工作方式,我们有机会开发化学分子来恢复它们的功能。"

研究内容

在新论文中,研究人员绘制了一种名为Aspergillus fumigatus的常见霉菌物种中的一种酶如何将一对氧原子添加到霉菌产生的毒素中。令生物化学家感到惊讶的是,这种名为FtmOx1的酶会产生一种被称为自由基的高反应性 "帮手",协助将氧原子放在正确的位置,霉菌的化学性质为药物研究提供了重要线索。

氧自由基通常会与其他分子发生杂乱无章的反应,很快就会分崩离析,所以科学家们本以为只会产生一个氧原子。但酶却表演了一个复杂的把戏,利用自由基同时增加了两个氧原子。

引用

University of Texas at Austin. "Chemistry in mold reveals important clue for pharmaceuticals." ScienceDaily. ScienceDaily, 2 November 2015. www.sciencedaily.com/releases/2015/11/151102130128.htm.

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