9月11日，Science揭晓抗癌药物前体合成最新效果，来自斯坦福大学的研究职员判断了有数植物盾叶鬼臼中鬼臼毒素合成途径中的要害酶，并在烟草中举行异源表达，首次乐成合成抗癌药物依托泊苷的前体物质依托泊苷糖苷配基。
每一次手艺的刷新总会带来新的文明，就像蒸汽机的发明标记着第一次工业革命的降生。信托抗疟疾药物青蒿酸的异源合成堪称合成生物学的主要刷新，在一定水平上也象征着自然产品异源合成革命的降生。临床所需大宗药物都泉源于植物自然产品，然而它们的生物合成基因却鲜为人知，严重地阻碍了异源合成辅助药物生产。虽然在异源宿主中举行自然产品的合成需要解决种种难题，然而破译所需的生物催化剂是首当其冲的问题。现在已知合成途径并已经实现或在未来有望实现在异源宿主中工业化生产的自然产品屈指可数，仅有青蒿酸、苄基异喹啉生物碱类以及单萜吲哚生物碱类。然而最新一期的Science再次为合成生物学带来了新的希望，来自斯坦福大学的研究职员判断了有数植物盾叶鬼臼中鬼臼毒素合成途径的要害酶类，并将其在烟草中表达，最终首次合成了依托泊苷的前体物质——依托泊苷糖苷配基，为依托泊苷的获取提供了一种更清静、有用的方法。作为抗癌药物的前体物质，依托泊苷糖苷培基仅需一步化学合成便可得光临床所用的药物，一定广受关注，那么它的异源合成是怎样实现的呢？
1.异源合成植物自然产品的须要性
现在有用的药用植物代谢产品都泉源于植物提取，人类从植物中获取药品的历史由来已久，纵然今天依然有约莫一半的新药来自于植物。可是植物固有生长缓慢的弱点，有些又属于处于濒危状态的有数植物，给植物源药物的应用带来难题。喜马拉雅盾叶鬼臼就是一个很好的例子，其自身能够合成抗癌药物依托泊苷的前体鬼臼毒素，美国自1983年起，便普遍将依托泊苷应用于肺癌、淋巴癌等癌症的治疗。现今鬼臼毒素主要是从美国盾叶鬼臼获得，可是较长的生长周期和较低的产量限制了该药物的普遍使用。若是实现异源合成，规� ；饔子诓僮鞯乃拗�，如烟草、酵母以及大肠杆菌等细胞，信托不但能推动合成生物学的革命浪潮，更将成为造福人类医疗康健的雄伟工程。
2.依托泊苷与破译事情的意义事实是什么？
依托泊苷作是由活性自然产品鬼臼毒素经半合成获得的衍生物，通过抑制拓扑异构酶II来引起DNA双链断裂，阻止癌细胞的快速破碎，因此被用于化疗多种恶性肿瘤而普遍应用于临床。虽然依托泊苷被天下卫生组织列为必需的要害药品，但其生产历程照旧依赖于从盾叶鬼臼中提取前体物质鬼臼素，再举行化学法半合成。
因此迫切需要拓宽依托泊苷前体的泉源，首先虽然需要解决最大的障碍，破译盾叶鬼臼中的鬼臼素合成基因。信托这是作者的初志，然而最后的效果中，获得破译的途径终产品并不是鬼臼素，而是鬼臼素途径中的另一个物质，依托泊苷糖苷配基（4′-desmethylepipodophyllotoxin）。这个物质比鬼臼素更适合举行依托泊苷的合成，也就是免去了在化学合成中对鬼臼素举行异构化和去甲基化的办法，直接合成依托泊苷。
3.依托泊苷(etoposide)前体物质合成途径的破译历程
在盾叶鬼臼中举行基因探矿是很是难题的，由于这种有数植物生长缓慢、基因组重大（约16Gb）,未测序，并且构建突变体的要领十分繁琐。文章主要接纳RNA-seq剖析、展望卵白共表达以及质谱剖析的要领来破译依托泊苷糖苷配基合成的相关酶。由于烟草能通常能准确表达差别的卵白，同时具有快速生长、易于操作的优点，被选为备选基因异源表达的宿主。经由已知卵白DIR、PLR、SDH与CYP718A23在烟草中共表达以及质谱剖析中心产品后，Sattely团队发明为烟草细胞提供底物马台树脂醇（matairesinol）后更能有用积累中心产品pluviatolide（图1），因此以此底物为起点，启动了鬼臼素（podophyllotoxin）的破译旅程。
盾叶鬼臼合成鬼臼毒素用于� ；ぷ陨砻馐懿〕婧η秩�，只有当叶片受到危险时，鬼臼毒素才汇合成。Sattely团队进而推测与危险应激反应相关的卵白可能加入到鬼臼毒素的合成,通过较量叶片受伤前后RNA-seq数据，检测卵白的表达水平，并展望需要填补空缺反应的酶类:O-甲基转移酶（OMTs）、细胞色素P450(CYPs)、2-氧戊二酸依赖的双加氧酶（2-ODDs）以及多元酚氧化酶（PPOs）(图2)。那怎样寻找到认真这六个酶合成的基因呢？基于表达谱的盘算剖析天生了7个候选基因。研究者进一步通过酶家族分类筛选盾叶鬼臼中34,384个基因后，对RNA-seq数据举行了分级群聚，剖析了336个基因，展现了一个进化枝上的91个基因，进一步通过表达水中剖析将这个进化枝浓缩为22个基因，其中包括了6个已经推测的候选基因。因此研究者以马台树脂醇为出发底物逐步在烟草中共表达6个候选基因，破译了依托泊苷前体依托泊苷糖苷（4′-desmethylepipodophyllotoxin）配基的途径，并在烟草中共表达整条途径的10个基因，获得了依托泊苷糖苷配基的异源合成,现在产率为10.3ng/mg烟草干重。
虽然异源合成最终目的照旧要走向酵母宿主的，现在是否已有研究团队正在起劲中呢？我们将一连关注。
摘译自：http://www.sciencemag.org/content/349/6253/1224?related-urls=yes&legid=sci;349/6253/1224