Nature子刊新发现了一种潜在的自然癌症治疗方法的关键

沃特海姆UF斯克里普斯研究所的科学家们发现了两种酶，可以使细菌靶向并分解DNA。这种化学防御可能是为了帮助生物体抵御细菌而进化的。这些丰富的化学物质是在该研究所独一无二的天然产品发现中心藏品中发现的。

　　

在赫伯特·韦特海姆UF斯克里普斯生物医学创新与技术研究所的数千株自然标本中，有几个易碎的小瓶里装着一些意想不到的东西，可能非常有用。

在《自然化学生物学》杂志上，由化学家Ben Shen博士领导的一个团队描述了两种新酶的发现，它们具有独特的有用特性，可以帮助对抗包括癌症在内的人类疾病。上周发表的这一发现，可能为研究和制造复杂的天然化学物质(包括那些可能成为药物的化学物质)提供了更简单的方法。

细菌化学物质对药物发现历史的贡献是显著的，Shen说，他是该研究所天然产物发现中心的主任，该中心是世界上最大的微生物天然产物收藏之一。

“很少有人意识到，市场上近一半的fda批准的抗生素和抗癌药物是天然产品或受其启发，大自然是制造这些复杂天然产物的最佳化学家。我们正在应用现代基因组技术和计算工具来了解它们迷人的化学和酶学，这正在以前所未有的速度取得进展。这些酶是最新的令人兴奋的例子。”

该团队发现的酶有一个描述性的名字，虽然有点笨拙。它们被称为“无辅酶加氧酶”。这意味着细菌酶从空气中吸收氧气并将其结合成新的化合物，而不需要典型的金属或其他辅助因子来启动必要的化学反应。

这种合成防御物质的新方法将赋予生物体生存优势，使其能够抵御感染或入侵者。这篇论文的第一作者，博士后研究员Chun Gui博士和Edward Kalkreuter博士说，因为酶对化学家的作用就像钻头或锯片对木匠的作用一样，它们为科学家提供了创造有用东西的新方法。

Gui和Kalkreuter说，最直接的是，TnmJ和TnmK2酶的发现，解决了沈实验室在2016年首次发现的一种潜在的抗生素和抗癌化合物天霉素a是如何达到这种效力的一个悬而未决的谜团。

这些酶使细菌能够产生靶向和分解DNA的化合物。这将在抵抗病毒或其他细菌或杀死癌症方面非常有用。

天霉素A是一种癌症靶向抗体疗法的一部分。这些类型的抗体-药物联合疗法代表了一种快速发展的对抗癌症的新方法。但是，利用天西霉素a作为抗体有效载荷的关键一步是制造足够的抗体，以便在更大的范围内进行研究。事实证明这很有挑战性。

“即使在我们确定了负责编码天西霉素A的基因之后，合成它所需的几个步骤也无法预测，目前研究中描述的两种酶非常不寻常。”

天霉素A最初是在一种居住在土壤中的细菌中发现的，这种细菌是天然产物发现中心收集的一种链霉菌。为了制造强大的化学武器，这种生物必须解决一个问题。它必须打破三个高度稳定的碳-碳键，并用更活泼的碳-氧键取代它们。很长一段时间以来，科学家们都无法理解细菌是如何做到这一点的。

要解开这个谜团，需要在该研究所的天然产物发现中心收集的125,000种菌株中发现其他类似天西霉素a的天然产物产生细菌，并分析它们的基因组以寻找进化线索。

这些具有历史意义的藏品长期存放在一家制药公司的地下室里，在科学界满怀希望地寻找下一个伟大抗生素的过程中，青霉素被发现后，这些藏品被收集了几十年。这些年来，这些藏品确实产生了几种具有历史意义的药物，包括结核病抗生素链霉素和器官移植药物西罗莫司。但藏品中的大多数冻干细菌菌株都存放在玻璃瓶里，未经探索。

2018年，Shen赢得了收藏竞赛，以便在学术环境中对其进行全面调查，并向科学开放。他的团队目前正在开发研究这些菌株的方法，读取它们的基因组，并将信息存入一个可搜索的数据库，供科学界访问。身为佛罗里达大学健康癌症中心成员的Shen说，现代基因组测序和生物信息学技术证明，他们研究的每种细菌菌株中可能有多达30个有趣的基因簇，其中许多编码的天然产物从未被科学家记录过。

新的无辅因子酶的发现只是沃特海姆UF斯克里普斯研究所收藏的丰富化学物质的最新例子。他们的发现引发了人们对进一步研究这种独特化学物质进化的原因以及它可能被证明有用的方式的新的兴奋。

“这篇论文强调了大自然给我们带来了多少惊喜，”Shen说，“它可以教会我们很多关于基础化学和生物学的知识，并为我们提供了将实验室发现转化为影响社会和解决人类面临的许多问题的药物所需的工具和灵感。”