普渡大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物化學(xué)特聘教授 Natalia Dudareva 站在她的實(shí)驗(yàn)室里。Dudareva 領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員繪制了在牛至和百里香中發(fā)現(xiàn)的抗癌化合物的生物合成途徑，為潛在的藥物用途打開了大門。來源：普渡農(nóng)業(yè)通訊照片/湯姆坎貝爾

百里香和牛至具有抑制腫瘤發(fā)展的抗癌化合物，但在番茄醬中添加更多不足以獲得顯著益處。釋放這些植物力量的關(guān)鍵在于放大所產(chǎn)生的化合物的數(shù)量或合成用于藥物開發(fā)的化合物。

普渡大學(xué)的研究人員通過繪制其生物合成途徑（一種所需成分和步驟的分子配方），邁出了在藥物中使用該化合物的第一步。

“這些植物含有重要的化合物，但含量非常低，提取不夠，”普渡大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物化學(xué)特聘教授、該項(xiàng)目的共同領(lǐng)導(dǎo)者 Natalia Dudareva說。“通過了解這些化合物是如何形成的，我們開辟了一條途徑來改造具有更高水平的植物或在微生物中合成用于醫(yī)療用途的化合物。

“現(xiàn)在對(duì)于植物科學(xué)來說是一個(gè)了不起的時(shí)刻。我們擁有更快、更便宜且提供更多洞察力的工具。就像在看牢房；這幾乎令人難以置信?！?/p>

潘遼，普渡大學(xué)博士后研究員，在 Dudareva 實(shí)驗(yàn)室工作。Liao 是一篇描述百里酚、香芹酚和百里香酚生物合成的論文的第一作者；在一些草藥中發(fā)現(xiàn)的具有藥用特性的分子化合物。學(xué)分：普渡大學(xué)照片/湯姆坎貝爾

百里香酚、香芹酚和百里香對(duì)苯二酚是百里香、牛至和唇形科其他植物中的風(fēng)味化合物。它們還具有抗菌、抗炎、抗氧化和其他有益于人體健康的特性。普渡大學(xué)植物生物學(xué)中心主任 Dudareva 說，百里酚氫醌已被證明具有抗癌特性，尤其令人感興趣。

與來自德國(guó)馬丁路德大學(xué)哈勒維滕貝格和密歇根州立大學(xué)的科學(xué)家合作，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了百里酚氫醌的整個(gè)生物合成途徑，包括其前體百里酚和香芹酚的形成，以及沿途的短壽命中間體化合物。

相關(guān)研究:?另類DNA結(jié)構(gòu)可能會(huì)推動(dòng)癌癥治療的發(fā)展?

她說，這些發(fā)現(xiàn)改變了以前對(duì)這類化合物形成的看法，稱為酚類或芳香族單萜，在其他植物中只發(fā)現(xiàn)了少數(shù)生物合成途徑。這項(xiàng)工作在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上發(fā)表的一篇論文中有詳細(xì)介紹。

“這些發(fā)現(xiàn)為在植物和其他生物中設(shè)計(jì)高價(jià)值化合物提供了新的目標(biāo)，”該論文的共同第一作者、Dudareva 實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員 Pan Liao 說?！霸S多植物不僅具有藥用價(jià)值，而且其中的化合物被用作食品添加劑、香水、化妝品和其他產(chǎn)品。”

既然這種途徑是已知的，植物科學(xué)家就可以開發(fā)出能夠產(chǎn)生更多有益化合物的栽培品種，或者可以將其摻入酵母等微生物中進(jìn)行生產(chǎn)。他說，后一種方法涉及發(fā)酵過程以獲得有價(jià)值的化合物，這對(duì)于許多植物性產(chǎn)品來說都是如此。

發(fā)酵過程對(duì)食品和飲料、制藥和生物燃料生產(chǎn)非常重要，以至于普渡大學(xué)現(xiàn)在提供發(fā)酵科學(xué)專業(yè)。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)撥款 500 萬美元支持這項(xiàng)研究。使用RNA測(cè)序和相關(guān)性分析，該團(tuán)隊(duì)從植物組織樣本中篩選了 80,000 多個(gè)基因，并確定了生產(chǎn)百里酚氫醌所需的基因。基于對(duì)化合物結(jié)構(gòu)的了解，并通過代謝物分析和生化測(cè)試，該團(tuán)隊(duì)確定了生物合成途徑。

“路徑中形成的中間體與預(yù)期的不同，”廖說?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，百里酚和香芹酚的芳香骨架是由 P450 單加氧酶與脫氫酶通過兩種不穩(wěn)定的中間體形成的 α-萜品烯形成的，而不是如所建議的那樣。”

Dudareva 說，由于能夠使用 RNA 測(cè)序進(jìn)行高通量基因表達(dá)分析，現(xiàn)在正在發(fā)現(xiàn)更多的途徑。

她說，這項(xiàng)研究的結(jié)果也將有助于其他植物物種的生物化學(xué)和植物科學(xué)研究。

“作為科學(xué)家，我們總是在比較不同系統(tǒng)和植物中的途徑，”杜達(dá)雷瓦說?！拔覀円恢痹谧非笮碌目赡苄?。我們學(xué)得越多，就越能認(rèn)識(shí)到可能成為下一個(gè)突破的關(guān)鍵的相似點(diǎn)和不同點(diǎn)?！?/p>

VMB1900A三目生物顯微鏡

參考文獻(xiàn)：

“唇形科中百里酚、香芹酚和百里香酚的生物合成通過細(xì)胞色素 P450 和短鏈脫氫酶進(jìn)行”，作者：Sandra T. Krause、Pan Liao、Christoph Crocoll、Beno?t Boachon、Christiane F?rster、Franziska Leidecker、Natalie Wiese、Dongyan Zhao、Joshua C. Wood、C. Robin Buell、Jonathan Gershenzon、Natalia Dudareva 和 J?rg Degenhardt，2021 年 12 月 20 日，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊。
DOI: 10.1073/pnas.2110092118

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)植物基因組研究計(jì)劃 (IOS 1444499) 和美國(guó)農(nóng)業(yè)部國(guó)家糧食和農(nóng)業(yè)研究所 (Hatch 項(xiàng)目編號(hào) 177845) 資助了這項(xiàng)研究。

類似內(nèi)容推薦

• 腫瘤中只有少數(shù)細(xì)胞可以使癌癥擴(kuò)散到身體的其他部位
• 癌癥的飲食療法？氨基酸的消耗決定癌細(xì)胞的走向
• 科學(xué)家在DNA中構(gòu)建生物閥門以控制細(xì)胞信息流
• 饑餓游戲：科學(xué)家揭開大腦中饑餓開關(guān)的秘密
• 科學(xué)家嘗試使用核磁共振波譜 (NMR)構(gòu)建SARS-CoV-2分子的三維結(jié)構(gòu)
• 利用植物細(xì)胞的發(fā)光特性捕捉到令人驚嘆的熒光顯微圖像
• 研究人員已確定了一種控制細(xì)胞生長(zhǎng)和存活的細(xì)胞通訊途徑
• 研究發(fā)現(xiàn)抗生素可以治療癌癥等人類疾病
• 新算法可以作為分析生物系統(tǒng)模型的更有效方法
• 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)神經(jīng)免疫相互作用如何燃燒深層脂肪
• 麻省理工學(xué)院生物學(xué)家確定癌癥疫苗的新靶點(diǎn)
• 科學(xué)家首次對(duì)人類基因組進(jìn)行了完整測(cè)序
• 手機(jī)會(huì)導(dǎo)致癌癥嗎？最新研究發(fā)現(xiàn)腦腫瘤風(fēng)險(xiǎn)沒有增加
• 科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了微磁體遠(yuǎn)程控制腦細(xì)胞
• 麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種啟動(dòng)免疫系統(tǒng)攻擊腫瘤的新方法
• 科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了變異的冠狀病毒蛋白復(fù)合物
• 休斯頓大學(xué)研究人員獲得120萬美元的贈(zèng)款用于研究核糖體
• 科學(xué)家創(chuàng)造了由人類細(xì)胞制成的“時(shí)間機(jī)器”來逆轉(zhuǎn)胰腺癌的擴(kuò)散
• 植物科學(xué)家在百里香和牛至等草藥中找到抗癌化合物的配方
• 電子游戲玩家或可通過游戲推進(jìn)癌癥研究