蛹蟲草在柞蠶上的生長形態(tài)。
記者沈則瑾報道:近日,《細(xì)胞生物化學(xué)》在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所王成樹研究組的最新研究成果:蟲草素伴隨保護(hù)分子噴司他丁的生物合成。該研究完整解析了蟲草素在蛹蟲草中的生物合成機(jī)理,并首次發(fā)現(xiàn)蛹蟲草能夠合成抗癌藥物——噴司他丁,該化合物被用來保護(hù)所合成蟲草素的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
自然界中,能夠感染殺蟲的廣義蟲草菌有1000多種,它們在昆蟲種群的自然調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。其中,以冬蟲夏草、蛹蟲草和蟬花等為代表的蟲草具有悠久的食藥用歷史,具有抗癌、提高免疫力、抗菌及抗疲勞等多種生物活性。然而長久以來,其相關(guān)活性成分多數(shù)并未研究清楚。
其中,腺苷類系物蟲草素最早于1950年在蛹蟲草中被發(fā)現(xiàn)鑒定,具有抗菌、抗蟲及抗癌等生物活性,但合成機(jī)理未知。噴司他丁則最早于1974年在細(xì)菌中被鑒定,是腺苷脫氨酶的強(qiáng)抑制劑,1991年獲美國食品藥品管理局(FDA)批準(zhǔn),成為抗毛細(xì)胞白血病的商業(yè)藥物。
王成樹研究組在完成蛹蟲草基因組研究的基礎(chǔ)上,通過生物信息分析及基因功能研究,完整解析了蟲草素生物合成的分子機(jī)理,并首次發(fā)現(xiàn),蛹蟲草能夠由同一基因簇共同合成蟲草素及噴司他丁。這兩種腺苷類分子在功能上扮演著“保護(hù)者—被保護(hù)者”的作用,也就是說,蟲草素在被合成的同時,蛹蟲草會合成一個保護(hù)其穩(wěn)定性的分子。
此外,研究組還發(fā)現(xiàn),蛹蟲草只有在蠶蛹上生長時,才會合成高水平的蟲草素。但蟲草素含量過高時,能引起細(xì)胞毒性,真菌會相應(yīng)啟動解毒機(jī)制。這暗示著對于人類來說,也不易攝入過量的蟲草素。
在此基礎(chǔ)上,他們結(jié)合色譜驗證分析研究證明,冬蟲夏草和蟬花等其他種類的蟲草菌不能合成蟲草素及噴司他丁。但利用獲得的合成基因,異源表達(dá)可以實現(xiàn)由酵母菌合成蟲草素,并在蛹蟲草中高水平地合成蟲草素和噴司他丁,為這兩種活性成分的高效利用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
據(jù)悉,該研究成果為蛹蟲草的抗癌活性提供了分子證據(jù),并證明了冬蟲夏草等其他蟲草菌不能合成蟲草素,也不能合成噴司他丁,這為以生物學(xué)技術(shù)高水平合成蟲草素和噴司他丁提供了基因資源。
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