Синтез всех вещей будущего может быть отложен Пионерские боковые заметки исследований синтетической биологии (4) Исследователь Цяо Сюэ: переосмысление синтеза химического состава китайской медицины с « природным продуктом Лего»

Но "земля" не равносильна старому. Долгосрочное изучение сложной системы китайской медицины заставило ее осознать ограничения традиционных методов исследования. Когда для фармакологических экспериментов требуются молекулы - кандидаты граммового класса, а содержание лекарственных трав крайне низкое, традиционные методы экстракции и разделения сталкиваются с огромными проблемами. Это узкое место побудило ее перейти к синтетической биологии -Не полагаясь на лекарственные травы, а используя микроорганизмы, чтобы « посадить» эффективные компоненты китайской медицины.

Этот путь был нелегким, но он позволил ей найти новый язык, чтобы рассказать историю о китайской медицине.

Исходной точкой для исследования является анализ химического состава китайской медицины. Из - за высокой сложности компонентов китайской медицины, исследовательская группа долгое время полагалась на жидкую хроматографию (LC) и жидкую хроматографию - масс - спектрометрию комбинированной технологии (LC / MS) для анализа. Но анализ может только "видеть", не может "получить". Когда фармакологические или клинические исследования требуют достаточного количества соединений, возникает проблема. Целевое соединение не может быть получено только за счет гидравлического соединения, даже с большой готовой жидкой фазой, но также ограничено естественным содержанием целевого компонента в лекарственных травах, будет потреблять много ресурсов китайской медицины, рабочей силы и материальных ресурсов.

Именно эта дилемма « видимых, но недоступных» побудила ее обратиться к исследованиям биосинтеза в 2015 году. Таким образом, исследовательская группа перешла от « анализа китайской медицины» к « синтетической китайской медицине», и исследовательский центр постепенно сосредоточился на механизме биосинтеза природных продуктов растений и официально вошел в область синтетической биологии.

Изучая, как растения синтезируют активные молекулы, исследователь Джош предложил визуальную метафору - « природный продукт Лего».

Идея возникла из переосмысления функции фермента. В учебниках средней школы подчеркивается, что « ферменты специфичны, один ключ открывает замок», но фактические исследования показали, что многие ферменты имеют « гибридность (promiscuity») - гибкость, чтобы катализировать различные комбинации субстратов. Например, фермент может связывать A с B, A с C и даже продолжать связывать D на основе AB. « Природа придает белкам большую креативность. « Говорит Джош.

В природе существует большое количество универсальных « блоков (building blocks»), таких как глюкоза, коричная кислота, ацетилкоэнзим А и так далее. Эти мелкие молекулы широко распространены и могут быть гибко собраны ферментами в разнообразные природные продукты как « строительные блоки». Название "Лего" происходит именно от этого модульного, комбинированного свойства. Это свойство открывает возможности для построения « неестественного природного продукта» - как сохранения естественного скелета, так и введения неестественной модификации для изучения лучшей фармакологической активности.

Исследователь Цяо Сюэ отметил, что, с одной стороны, такие достижения могут быть использованы для исследований и разработок природных лекарств, а с другой стороны, они имеют большое значение для защиты ресурсов китайской медицины: почти половина общих китайских лекарств в Китае зависит от дикого сбора, если мы сможем производить ключевые компоненты путем ферментации, это значительно сократит потребление диких ресурсов. Кроме того, ферменты и регуляторные факторы, обнаруженные в биосинтетических исследованиях, также могут использоваться для молекулярной селекции, чтобы помочь в селекции источников высококачественных лекарственных растений.

Разработка биосинтетических ферментов компонентов китайской медицины технически сложна. « Многие геномы растений больше, чем у людей, и идентификация целевого гена похожа на иголку в стоге сена». Команда Джоша хороша в использовании стратегии « корреляционного анализа»: путем возмущения растений, наблюдения за синхронными изменениями целевых соединений, промежуточных веществ и экспрессии генов, сужая диапазон кандидатов. Эта стратегия в значительной степени зависит от точных аналитических методов тестирования.При выборе приборов исследовательская группа выбрала жидкую хроматографию и комбинацию жидких веществ в качестве предпочтительного варианта, а понимание многих часто используемых компонентов китайской медицины основано на приборах Agilen LC / Q - TOF и 2D - LC / MS.

Исследователь Цяо Сюэ признался, что он занимается научной работой не из - за преднамеренного решения, а из - за логичного выбора. Это связано с доверием учителя - глубокое накопление и настойчивость профессора Годеана и профессора Е Мина в области китайской медицины оказали на нее глубокое влияние. « Научные исследования - это интересная вещь, и если вы решите сделать это, вы должны сделать это хорошо. Развивая своих студентов, она всегда стремилась создать свободную и открытую атмосферу научных исследований, побуждая их смело выходить из зоны комфорта и сохранять любопытство в отношении новых вещей и технологий. Во время эксперимента мудрость, трудолюбие и упорство студентов являются важной движущей силой для непрерывного продвижения темы.

Исследование Джоша также не может обойтись без ценной поддержки авторов, коллег и технических экспертов Agilent, которые в ходе многочисленных обменов высказали конструктивные мнения, которые послужили важным источником вдохновения для продвижения темы, и она глубоко признательна за это.