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基因工程变烟草为抗癌“斗士”

合成生物学研究如今又取得了一场胜利。研究人员在9月10日报告说,他们设法让一种常见的实验室植物能够产生一种强效化疗药物的原始材料,而后者最初是从一种濒危的喜马拉雅山植物中提取而来的。研究人员指出,这项新成果将能够确保抗癌药物的充足供给,同时使得化学家可以更容易地设计出更加安全、更为有效的化合物版本。

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有史以来,人类一直把植物作为药物的重要来源之一。即便是现代制药企业也有约一半的新药来自于植物。但是如果一些植物生长得十分缓慢或濒临灭绝,就像喜马拉雅盾叶鬼臼那样,那么问题就棘手得多了。


这种短而多叶的植物是足叶草毒素(作为抗癌药物依托泊苷的起点的一种细胞毒性化合物)的最初来源。依托泊苷从1983年便开始在美国医药市场上出售,用于治疗从淋巴癌到肺癌的多种不同癌症。如今,足叶草毒素主要提取自更为常见的美国盾叶鬼臼。但是这种植物同样生长十分缓慢,因此只能制取少量的化合物。


盾叶鬼臼大量炮制足叶草毒素用于防范那些贪吃的家伙。为了实现这一目的,这种植物会利用一种按部就班的方法合成它们的化学防御系统。然而由于科学家一直没有搞清这种化合物的合成路径,因此没有人确切知道到底哪些基因参与了化合物分子的合成。


研究人员只是知道足叶草毒素并不总是出现在植物体内。领导这项新研究的美国加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学化学工程师ElizabethSattely表示:“植物只有在叶子受伤后才会合成这种化合物。”


Sattely与她的研究生WarrenLau推断,构建足叶草毒素的蛋白可能只有当植物对一种伤害进行响应时才会自我合成。因此他们在健康的喜马拉雅盾叶鬼臼的叶片上刺了一些小孔,从而创建了一个商业性苗圃。研究人员在刺孔的前后观察了在受损的组织周围都会出现哪些新的蛋白质。研究人员一共发现了31种蛋白质,并根据它们可能的功能进行了分类。


通过聚焦4类已知能够完成正确化学反应的蛋白质,研究人员随后缩小了可能参与足叶草毒素合成的候选酶的范围。接下来,研究人员将这些酶中每一种酶的基因拼接到已知能够感染本氏烟的细菌上――本氏烟是烟草的一种能够快速生长的亲缘植物,常被植物生物学家当作一类“实验室小鼠”加以使用。


这种细菌很容易地感染了本氏烟并将它们的基因嵌入植物组织。Sattely与Lau之后相继嵌入了大量与酶有关的基因组合,而这些酶被认为能够得到研究人员想要的化合物。正如研究人员9月10日在《科学》杂志网络版上报告的那样,他们最终偶然发现有10种酶能够让植物合成一种所谓的(-)-4’-去甲-表鬼臼毒素分子,而这正是依托泊苷的一种直接前体。


英国诺威奇植物研究机构JohnInnes中心生物化学家SarahO’Connor表示:“这是一项非常出色的研究工作。”最终,新的研究将为医药公司的抗癌药物提供一个稳定而充足的供应,并有望发现更为出色的类似化合物。


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