新型分子“工具箱”或帮助科学家开发出可持续产生的天然生物活性物质

来源：生物谷作者：人气：-发表时间：2016-06-16 11:19:00【大中小】

大自然为我们提供了从维生素、脂肪酸到抗癌物质等一系列多种有价值的生物活性物质，然而对于其中一些活性物质而言，目前我们很难直接从环境中获取，或者并不能通过化学合成的方式来有效产生。

来自慕尼黑工业大学的科学家如今就采用了一种新方法，即利用合成生物技术方法，他们就可以开发出新型的生物化学策略，通过模板酶类设计过程来合成天然或者完全人工化的医学物质，研究者开发的首个产品作为抗癌药物紫杉酚、抗炎性物质及Ω-3脂肪酸的前体物质就证明了这种新型策略的成功。

比如，太平洋紫杉的树皮中含有紫杉酚，其可以用于治疗乳腺癌、卵巢癌及肺癌等癌症，但很不幸的是，如今太平洋紫杉并没有广泛分布，而且这种物种已经被保护起来了。作为婴儿营养的组分，必要的Ω-3脂肪酸主要来自于鱼类和甲壳类动物，而随着人们对于鱼类和甲壳类动物消耗水平的增加，整个海洋生态系统也面临着巨大的压力。研究者表示，他们开展这项研究的目的就是利用生物化学、生物信息学及生物技术，以可持续的方式来获得特殊的化学物质。

取自稻草中的“黄金”

研究者Bruck及其同事通过对含油毛孢子菌（一种酵母）进行遗传化修饰来使其产生必要的Ω-3脂肪酸α亚油酸（ALA），二十碳五烯酸（EPA）以及抗炎性共轭亚油酸（CLA）；这种酵母可以在来自农业废物中的培养基中茁壮生长，包括稻草、木屑、麸皮甚至海洋废料；而其非常特殊，因为含油毛孢子菌可以帮助开发单体糖类物质，单体糖类很难进行代谢；因此研究人员就可以利用这种特殊的酵母在不破坏环境的前提下从废物中获得有价值的化学物质。

当含油毛孢子菌细胞在自然中处于压力状态下，比如缺少氮或者磷酸盐时，其就会以脂肪的形式来储存能量哭，尽管酵母细胞不能够进行最佳生长，但其所产生的甘油三酯脂肪库却组成了其干重的70%。在接下来的研究中，研究人员希望可以进行更深入的研究，对产油酵母进行修饰来使其产生足量的所需脂肪，甚至是在正常的营养条件下及无限生长的条件下依然如此。

从模拟到定制化酶类

近日刊登在国际杂志PNAS上的一篇研究报告中，研究者Bruck就提出了一种新的方法学，即利用分子力学的计算机模拟技术或许就可以帮助我们解析出特殊酶类产生生物活性天然产物的每一个关键步骤，这些生物活性天然产物中就包括癌症药物紫杉酚的前体物。

利用这种新型的计算机模拟技术，研究者就可以首次进行正确的预测，即预测在酶类存在的情况下复杂级联反应的所有中间阶段；以这种方式研究者就可以阐明酶类的精确作用方式，以及酶类结构和功能之间的关联，而这是此前利用标准生物化学方法所不能做到的。

研究者Bruck说道，这种方法非常有希望，因为利用计算机模拟技术我们就可以以定向的方式来改变酶类，并且预测哪种产品会最终产生，如果我们将不同的酶类活动联系起来，那么就可以开发出在自然界中找不到的新型分子。

使得产品产量增加43倍

制造潜在的抗炎性物质—溶血磷脂酶抑制剂cyclooctatin就是一个很好的例子，科学家们利用来自大肠杆菌微生物系统中的新型羟化酶/还原酶复合物同二萜合成酶进行偶联，从而就可以成功制造出羟化的二萜cyclooctatin；随后研究者证实了来自链霉菌属的还原酶/铁氧还蛋白系统。

未来科学家们希望可以采用多种方法来制造生物活性物质，而利用合成性生物技术或许具有巨大潜力，这种方法可以利用一系列修饰酶的反应来合成新型活性制剂，从而就可以明显降低实验室中合成物质的过程和程序。研究者希望可以利用本文中所开发出的多种新型方法来为后期研究提供更大的帮助。

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


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