酵母加速了植物中药用化合物的发现

　　康奈尔大学的研究人员利用面包酵母的力量，创造了一种经济高效的方法来揭示植物是如何合成药用化合物的，并利用这种新方法识别了克拉托姆树中的关键酶。

　　

康奈尔大学(Cornell)的研究人员利用面包师酵母的力量，创造了一种经济高效的方法，来揭示植物如何合成药用化合物，并利用这种新方法识别了克拉托姆树(kratom tree)中的关键酶。

阿司匹林、吗啡和一些化学疗法都是从植物产生的天然化合物中提取的药物。了解植物是如何产生这些化合物的，通常首先要分析植物转录组，以识别多达数百个可能编码酶的基因，这些酶协同工作以促进生产。然后，每个基因必须使用特定的底物和反应条件进行生物化学表征——这是一项费力而昂贵的任务，扼杀了发现过程。

在Angewandte Chemie杂志上详细介绍了一种新的基于酵母的筛选方法，该方法捕获了植物酶之间的蛋白质-蛋白质相互作用，与其他筛选方法协同工作，以更好地确定哪些基因最终负责植物如何生物合成药用化合物。

化学和生物分子工程助理教授、该研究的主要作者李思金说:“传统的方法是发现植物中同时存在的蛋白质群，但我们的方法是通过观察哪些蛋白质群在物理上聚集在一起并相互配合来补充这种方法。”“这些是我们可能想要提取用于药物的化学物质的类型。”

一旦利用植物转录组学预测了候选基因，烘焙酵母——用于酿造啤酒和烤面包的酵母——就会被改造成含有这些基因的酵母，以观察哪些酵母会产生相互作用的蛋白质。因此，必须进行生物化学筛选的基因数量大大减少。

“这种方法在途径发现方面没有得到充分利用，消除了高通量筛选的一大瓶颈。”“它比使用化学基质更便宜、更安全，而且高效、准确。”

研究小组展示了使用苦荞麦叶的基于酵母的方法。Kratom是一种原产于东南亚的热带树木，虽然没有得到很好的研究，但由于它的药用潜力，它已经引起了研究界的注意。

“它会产生一种叫做米特拉金的化学物质，有些人称之为下一代阿片类药物，因为它有止痛作用，但不会导致危险的呼吸抑制。”他补充说，美国食品和药物管理局已经警告不要使用克拉通，因为它没有批准任何含有这种树的药物。“生产纯米特拉吉九可以帮助降低使用整个克拉托姆基质的风险，最终实现更安全的治疗。”

这种基于酵母的方法从遗传筛选预测的20种候选酶中鉴定出6种kratom酶，用于生产米特拉金或其他靶向化学物质。随后的生化测试表明，14种被丢弃的候选酶中没有一种是功能性酶，而基于酵母的方法鉴定的6种酶中有4种是功能性酶。李说，该方法的准确性为更有效的发现过程和对克拉托姆树的持续研究打开了大门。

“对于临床试验，化学物质必须从植物中纯化或使用化学方法合成，这是非常昂贵的，使用酵母法，我们可以更经济地生产米特拉吉九和其他可能导致我们开发新药的化学物质。”

这项研究得到了美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会、康奈尔大学阿特金森可持续发展中心、康奈尔大学数字农业研究所和康奈尔大学可编程植物系统研究中心的支持。