酵母加速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具有成本效益和高效的方法来揭示植物如何合成药用化合物，并使用新方法来鉴定克拉托姆树中的关键酶。

阿司匹林，吗啡和一些化学疗法是药物的例子，这些药物来自植物产生的天然化合物。了解植物如何产生这些化合物通常从分析植物转录组开始，以鉴定多达数百个基因，这些基因可能编码协同工作以促进生产的酶。然后必须使用特定的底物和反应条件对每个基因进行生化表征 – 这是一项费力且昂贵的任务，扼杀了发现过程。

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物化合物。

“传统方法发现同时存在于植物中的蛋白质组，但我们的方法通过观察这些组中的哪些在物理上聚集并相互配合良好来补充这一点，”化学和生物分子工程助理教授Sijin Li说。“这些是我们可能想要为制药提取的化学物质类型的原因。

一旦使用植物转录组学预测候选基因，面包酵母 – 用于酿造啤酒和烤面包的相同种类 – 与内部基因一起设计，以查看哪些基因产生相互作用的蛋白质。结果，必须进行生化筛选的基因数量显着减少。

“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个大瓶颈，”李说。“它比使用化学基材更便宜、更安全，而且效率高、准确。

Li和她的研究小组展示了使用卡痛叶的基于酵母的方法。李说，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，但由于其药物潜力而受到研究界的关注。

“它产生一种叫做mitragynine的化学物质，有些人称之为下一代阿片类药物，因为它具有止痛作用，而不会导致危险的呼吸抑制，”李说，他补充说，美国食品和药物管理局警告不要使用kratom，因为它没有批准任何含有这种树的药物。“生产纯米曲宁可以帮助降低与使用整个克拉托姆基质相关的风险，最终导致更安全的治疗。

基于酵母的方法导致从基因筛选预测的20种候选物中鉴定出六种克拉托姆酶，以产生米曲宁或其他靶向化学物质。随后的生化测试表明，丢弃的14种候选物中没有一种是功能性酶，而通过基于酵母的方法鉴定的6种候选物中有4种是功能性的。李说，该方法的准确性为更有效的发现过程和继续研究克拉托姆树打开了大门。

“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，”李说。“使用酵母方法，我们可以更经济地生产mitragynine和其他可能导致我们进入新药的化学物质。

该研究得到了美国国立卫生研究院，国家科学基金会，康奈尔阿特金森可持续发展中心，康奈尔数字农业研究所和康奈尔可编程植物系统研究中心的支持。

Syl Kacapyr是康奈尔工程公司的营销和传播副总监。