一些珊瑚产生被称为二萜类化合物的化学物质,这些化学物质在抗癌和减少炎症方面显示出希望,但研究人员无法深入研究这些化学物质。
问题是,这些化学物质是由生长缓慢和不常见的珊瑚产生的,这使得提供足够的化合物来测试或生产新药对环境有害且不切实际。
现在,由加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所科学家领导的一项新研究可能最终释放了这些珊瑚的化学潜力。这项研究发现,一组由五种基因组成的基因负责在多种称为八角珊瑚的珊瑚中产生二萜类化合物。发现这种基因簇使生物化学家能够在实验室中生产八角珊瑚化合物,并研究它们作为药物或其他产品的潜力。这项研究今天发表在《自然化学生物学》上,得到了美国国家卫生研究院(NIH)、国家科学基金会和NOAA的资助。
该研究的高级作者、斯克里普斯海洋学联合任命的海洋化学家布拉德利·摩尔说:“珊瑚产生在陆地世界中没有见过的独特化合物,因此研究其生物医学潜力非常令人兴奋。”他是该研究所的海洋生物生物技术和生物医学中心以及加州大学圣地亚哥分校斯卡格斯药学和制药科学学院的主任。“不幸的是,直接从大自然中获得足够的供应是超级具有挑战性的。随着生产这些化学品的遗传蓝图现在掌握在手,解决供应问题和发现可能造福人类的新化合物的大门是敞开的。”
在海洋生物产生的无数化学物质中,在海洋中搜索生物医学用途是Moore研究的重点。近一个世纪以来,陆地上一直进行类似的搜索——大约一半的药物来自陆地自然——但尽管海洋覆盖了地球表面的70%,但海洋尚未得到彻底的研究。摩尔在斯克里普斯海洋学和斯卡格斯药学院的联合任命说明了加州大学圣地亚哥分校通过结合尖端海洋科学和世界级生物医学研究来探索海洋潜力的独特能力。
Octocorals是一组古老的动物,包括软珊瑚和海笔。与它们形成珊瑚礁的表亲相比,章鱼的身体柔软,缺乏坚硬的骨骼的物理防御。为了避免被吃掉,科学家认为八角珊瑚使用包括二萜类药物在内的化学防御,植物也广泛使用二萜类药物来抵御食草动物和各种其他生物功能。植物二萜类药物是许多重要药物的基础——最引人注目的是价值数十亿美元的抗癌药物taxol,它来自太平洋紫杉树,已给数百万患者服用,以减缓肿瘤生长。八角二萜类化合物也表现出抗癌和抗炎特性,但其化学结构与陆地上的任何东西都不同,这使得它们具有令人兴奋的前景。
问题是,在物理上收集足够的章首组织来研究它们的化学物质作为潜在药物既不可行,也不对环境负责。寻找八角质二萜类化合物的遗传配方的研究人员也遇到了障碍。在这项研究之前,科学家们对八角珊瑚的基因构成知之甚少。更难的是,珊瑚是动物,通常被认为它们会分散在它们基因组中产生各种化学物质的基因。另一方面,众所周知,细菌、植物和真菌会聚集编码特定化合物的基因。如果特定化学物质背后的基因分布在生物体的基因组中,该基因组可能包含数百万或数十亿行的遗传密码,科学家就更难找到它们。
Scripps的博士生者、该研究的第一作者Natalie Grayson说:“从生物体的整个基因组中挑选出参与特定化合物生产的所有基因是一项非常艰巨的任务——特别是当我们甚至可能不知道我们在寻找哪些基因时。”找到生物体用来编码特定化学物质生产的所有基因,因为它允许研究人员将这些基因插入微生物中,如酵母,这些微生物作为活化学工厂,在实验室生产更多的化学物质。如果这些基因聚集在一起,找到它们要容易得多。
2022年,研究作者做出了一个令人惊讶的发现:一种通常被称为海三色堇(Renilla muelleri)的八种珊瑚产生二萜类化合物,并且似乎在基因组中靠近的基因下这样做。
在目前的研究中,研究人员开始证明八角珊瑚聚集了与二萜类化合物产生相关的基因。在生物技术公司Illumina捐赠给斯克里普斯海洋学的自动化设备的帮助下,该团队分析了来自全球的八角珊瑚,这些五个科——包括在斯克里普斯码头附近采集的一种海三色堇——它们都产生了类似的二萜类化合物。