新型分子“工具箱”或幫助科學家開發(fā)出可持續(xù)產(chǎn)生的天然生物活性物質(zhì)

來源：生物谷作者：人氣：-發(fā)表時間：2016-06-16 11:19:00【大中小】

大自然為我們提供了從維生素、脂肪酸到抗癌物質(zhì)等一系列多種有價值的生物活性物質(zhì)，然而對于其中一些活性物質(zhì)而言，目前我們很難直接從環(huán)境中獲取，或者并不能通過化學合成的方式來有效產(chǎn)生。

來自慕尼黑工業(yè)大學的科學家如今就采用了一種新方法，即利用合成生物技術(shù)方法，他們就可以開發(fā)出新型的生物化學策略，通過模板酶類設(shè)計過程來合成天然或者完全人工化的醫(yī)學物質(zhì)，研究者開發(fā)的首個產(chǎn)品作為抗癌藥物紫杉酚、抗炎性物質(zhì)及Ω-3脂肪酸的前體物質(zhì)就證明了這種新型策略的成功。

比如，太平洋紫杉的樹皮中含有紫杉酚，其可以用于治療乳腺癌、卵巢癌及肺癌等癌癥，但很不幸的是，如今太平洋紫杉并沒有廣泛分布，而且這種物種已經(jīng)被保護起來了。作為嬰兒營養(yǎng)的組分，必要的Ω-3脂肪酸主要來自于魚類和甲殼類動物，而隨著人們對于魚類和甲殼類動物消耗水平的增加，整個海洋生態(tài)系統(tǒng)也面臨著巨大的壓力。研究者表示，他們開展這項研究的目的就是利用生物化學、生物信息學及生物技術(shù)，以可持續(xù)的方式來獲得特殊的化學物質(zhì)。

取自稻草中的“黃金”

研究者Bruck及其同事通過對含油毛孢子菌（一種酵母）進行遺傳化修飾來使其產(chǎn)生必要的Ω-3脂肪酸α亞油酸（ALA），二十碳五烯酸（EPA）以及抗炎性共軛亞油酸（CLA）；這種酵母可以在來自農(nóng)業(yè)廢物中的培養(yǎng)基中茁壯生長，包括稻草、木屑、麩皮甚至海洋廢料；而其非常特殊，因為含油毛孢子菌可以幫助開發(fā)單體糖類物質(zhì)，單體糖類很難進行代謝；因此研究人員就可以利用這種特殊的酵母在不破壞環(huán)境的前提下從廢物中獲得有價值的化學物質(zhì)。

當含油毛孢子菌細胞在自然中處于壓力狀態(tài)下，比如缺少氮或者磷酸鹽時，其就會以脂肪的形式來儲存能量哭，盡管酵母細胞不能夠進行最佳生長，但其所產(chǎn)生的甘油三酯脂肪庫卻組成了其干重的70%。在接下來的研究中，研究人員希望可以進行更深入的研究，對產(chǎn)油酵母進行修飾來使其產(chǎn)生足量的所需脂肪，甚至是在正常的營養(yǎng)條件下及無限生長的條件下依然如此。

從模擬到定制化酶類

近日刊登在國際雜志PNAS上的一篇研究報告中，研究者Bruck就提出了一種新的方法學，即利用分子力學的計算機模擬技術(shù)或許就可以幫助我們解析出特殊酶類產(chǎn)生生物活性天然產(chǎn)物的每一個關(guān)鍵步驟，這些生物活性天然產(chǎn)物中就包括癌癥藥物紫杉酚的前體物。

利用這種新型的計算機模擬技術(shù)，研究者就可以首次進行正確的預測，即預測在酶類存在的情況下復雜級聯(lián)反應的所有中間階段；以這種方式研究者就可以闡明酶類的精確作用方式，以及酶類結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)聯(lián)，而這是此前利用標準生物化學方法所不能做到的。

研究者Bruck說道，這種方法非常有希望，因為利用計算機模擬技術(shù)我們就可以以定向的方式來改變酶類，并且預測哪種產(chǎn)品會最終產(chǎn)生，如果我們將不同的酶類活動聯(lián)系起來，那么就可以開發(fā)出在自然界中找不到的新型分子。

使得產(chǎn)品產(chǎn)量增加43倍

制造潛在的抗炎性物質(zhì)—溶血磷脂酶抑制劑cyclooctatin就是一個很好的例子，科學家們利用來自大腸桿菌微生物系統(tǒng)中的新型羥化酶/還原酶復合物同二萜合成酶進行偶聯(lián)，從而就可以成功制造出羥化的二萜cyclooctatin；隨后研究者證實了來自鏈霉菌屬的還原酶/鐵氧還蛋白系統(tǒng)。

未來科學家們希望可以采用多種方法來制造生物活性物質(zhì)，而利用合成性生物技術(shù)或許具有巨大潛力，這種方法可以利用一系列修飾酶的反應來合成新型活性制劑，從而就可以明顯降低實驗室中合成物質(zhì)的過程和程序。研究者希望可以利用本文中所開發(fā)出的多種新型方法來為后期研究提供更大的幫助。

原文出處：Identification of amino acid networks governing catalysis in the closed complex of class I terpene synthases