植物学家在草药中发现了抗癌化合物的配方

　　

   

   

图片:Natalia Dudareva，普渡大学农学院生物化学杰出教授，站在她的实验室里。都达瑞娃领导的一个研究小组绘制了在牛至和百里香中发现的抗癌化合物的生物合成途径，为潜在的药物应用打开了大门。

百里香和牛至叶含有一种抗癌化合物，可以抑制肿瘤的发展，但在番茄酱中添加更多的百里香和牛至叶并不足以获得显著的益处。解开这些植物力量的关键在于增加化合物的数量，创造或合成化合物用于药物开发。

普渡大学(Purdue University)的研究人员绘制了这种化合物的生物合成途径，这是将其应用于制药领域的第一步。

“这些植物含有重要的化合物，但含量很低，提取是不够的，”Natalia Dudareva说，她是普渡大学农学院的生物化学杰出教授，也是该项目的共同负责人。“通过了解这些化合物是如何形成的，我们开辟了一条道路，让植物具有更高水平的这些化合物，或在微生物中合成这些化合物用于医疗。

“对植物科学来说，现在是一个惊人的时代。我们的工具更快、更便宜，而且提供了更多的洞察力。这就像在观察细胞内部;简直难以置信。”

百里香酚、香芹酚和百里香对苯二酚是唇形科植物百里香、牛至和其他植物中的香味化合物。它们还具有抗菌、消炎、抗氧化和其他对人体健康有益的特性。杜达瑞娃同时也是普渡大学植物生物学中心主任，她说，百里香对苯二酚已被证明具有抗癌特性，这一点尤其值得关注。

在与来自德国的马丁·路德大学和密歇根州立大学的科学家的合作中，该团队发现了合成百里香对苯二酚的整个生物合成途径，包括它的前体百里酚和香芹酚的形成，以及在此过程中产生的短命中间化合物。

她说，这一发现改变了之前对这类化合物形成的看法，这类化合物被称为酚类或芳香型单萜，在其他植物中只有很少的生物合成途径被发现。这项研究的详细内容发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上。

“这些发现为工程植物和其他生物中的高价值化合物提供了新的目标，”论文的第一作者之一、杜达瑞娃实验室的博士后研究员潘辽(音译)说。“许多植物不仅含有药用成分，而且其中的化合物被用作食品添加剂、香水、化妆品和其他产品。”

既然这一途径已经为人所知，植物学家就可以培育出能够产生更多有益化合物的品种，或者可以将其整合到微生物中，如酵母中进行生产。他说，后一种方法包括发酵过程，以获得有价值的化合物，许多植物基产品也是如此。

发酵过程对食品、饮料、制药和生物燃料生产非常重要，因此普渡大学现在开设了发酵科学专业。

来自美国国家科学基金会的500万美元资助了这项研究。通过RNA测序和相关分析，该团队从植物组织样本中筛选了超过80000个基因，并确定了生产百里香对苯二酚所需的基因。基于已知的化合物结构，并通过代谢物分析和生化测试，该团队确定了生物合成途径。

廖说:“在这一途径中形成的中间体并不是我们预测的那样。”“我们发现，百里香酚和香芹酚的芳香主干是由γ-松蒎烯由P450单加氧酶和脱氢酶通过两个不稳定的中间体结合形成的，但不是如提出的对花香烯。”

Dudareva说，由于能够使用RNA测序进行高通量基因表达分析，现在正在发现更多的途径。

她说，这项研究的结果也将有助于其他植物物种的生物化学和植物科学研究。

“我们，作为科学家，总是在比较不同系统和植物的路径，”Dudareva说。“我们总是在追求新的可能性。我们了解得越多，就越能认识到这些共同点和不同点，而这些共同点和不同点可能是下一个突破的关键。”

原文检索：

The biosynthesis of thymol, carvacrol, and thymohydroquinone in Lamiaceae proceeds via cytochrome P450s and a short-chain dehydrogenase