演员张立新 中科院张立新研究员发表Nature新文章
生物通报道 在一项有望推动未来药物开发的新研究中,科学家们第一次揭示出了自然是如何完成一种令人惊叹的特技,生成与一些抗疟疾、抗细菌感染和抗癌药物相似的重要化学物质的。
中科院微生物研究所的张立新(Lixin Zhang)研究员、德克萨斯大学奥斯汀分校分子生物科学副教授Yan Jessie Zhang,及波士顿大学的刘平华(Pinghua Liu)教授,将他们的研究结果发布在《自然》(Nature)杂志上。
就像锈病或森林火灾的传播取决于氧一样,一些药物疗法——包括今年获得诺贝尔生理学或医学奖的抗疟疾化合物青蒿素在内,都需要一种氧起作用的化学反应(延伸阅读:Nature:破解青蒿素失效之谜 )。具体而言,就是将两个相连的氧原子插入到一个底物中,为抗病药物带来健康效应。尽管科学家们知道这一存在于植物中的化学作用对人类有帮助,他们却没有完全了解它的作用机制,或是如何将它带到实验室里。
张立新、刘平华和同事们发现了,一种常见霉菌中的蛋白质将一双氧原子插入到毒素去的机制,阐明了自然是如何完成这一特技的。张立新以自然界中一种复杂的化学过程为例描述了它,现在合成生物学家们可以借助这一过程来设计出一类全新的合成药物。
Yan Jessie Zhang说:“了解这一机制对于药物发现非常重要。你不会想基于一个完全错误的反应机制来开发出一种药物,随后发现这一生物合成策略不起作用。”
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霉菌中研究的这一蛋白是人类一个大蛋白质家族的成员,这一蛋白质家族参与了包括基因调控和脂肪酸代谢等许多重要的生物学过程。研究人员怀疑相关的人类酶有可能也利用霉菌这一复杂的过程来进行自身的氧化反应。最终,科学家们希望找到一些方法在这些酶无法正常工作时来帮助机体。
张立新说:“当这些酶过度活化或活性不够时,就会发生癌症、类风湿性关节炎和糖尿病等疾病。因此,通过了解它们起作用的机制,我们有机会开发出一些化学分子来恢复它们的功能。”
在这篇新文章中,研究人员绘制出了在烟曲霉菌(Aspergillus fumigatus)中的一种酶将一对氧原子添加到霉菌生成的一种毒素上的机制。让生物化学家们惊讶地是,这种叫做FtmOx1的酶生成了一种高活性的“帮手”——自由基帮助将氧原子置于适当的位置。
氧自由基通常随意地与其他分子发生反应并迅速分解,因此科学家们预测只有一个氧原子产生。该酶却完成了一个复杂的特技,利用自由基同时添加了两个氧原子。
