研究人员在两种致命花卉中发现了参与关键代谢物生物合成的一组酶，这可能为开发新药打开大门。来自美国密歇根州立大学（Michigan State University）与捷克科学院（Czech Academy of Sciences）的科学家开展了一项偶然合作，聚焦两种有毒植物，旨在鉴定二萜生物碱atisinium生物合成中的关键步骤。该生物碱可能对疼痛、疟疾和癌症的治疗具有潜力。

植物：天然的化学家

为了防御、与其他生物互动以及适应生态环境，植物进化出了精密的化学武器库。这些特殊化合物往往具有生物学相关性，是发现新药的基础；例如，吗啡、抗疟药青蒿素和抗癌药紫杉醇均源自植物。研究作者Björn Hamberger表示：“植物是周围最好的化学家。”

目前，二萜生物碱——主要存在于乌头属（Aconitum）和翠雀属（Delphinium）中、具有广泛生物活性的代谢物——正受到越来越多的关注。然而，其结构复杂性长期困扰科学家，并成为化学合成的障碍。揭示这些化合物生物合成的途径有助于缓解部分挑战，但迄今为止该领域进展甚微。

转录组学揭示候选基因

这一局面可能因研究人员对飞燕草和乌头这两种相关且剧毒的植物的研究而改变。为了鉴定它们如何产生二萜生物碱，团队对Delphinium grandiflorum、Aconitum plicatum和Aconitum lycoctonum进行了转录组测序，并利用公共数据组装了另外四种已知积累二萜生物碱的乌头属物种的转录组。通过比较转录组学，研究揭示了若干有前景的候选基因，随后团队在本氏烟草（Nicotiana benthamiana）中表达了这些基因。

最终，他们鉴定出六种在二萜生物碱atisinium生物合成中具有活性的酶。该途径的关键是一种还原酶，它选择性地掺入乙醇胺而非乙胺，从而支持atisinium的形成。

此外，乌头愈伤组织培养物中的同位素标记结合计算代谢组学显示，乙醇胺是这些化合物意想不到但首选的氮源。

未来应用前景

通过加深对atisinium生产背后生物化学的理解，研究人员希望他们的突破能为该分子及更广泛的二萜生物碱家族带来有前景的医学应用。共同第一作者Lana Mutabdžija总结道：“在理想情况下，这最终可能有助于创造受这些天然产物启发的新药。”Hamberger补充说：“我们的愿景是提供绿色、可持续的工具，使我们能够利用这些植物的天然力量。”

来源：BioTechniques（英文原文，生物航编译，内容以原文为准）