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    卡瓦植物

    图片:兰迪·特拉维斯

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发掘传统医药全球的财富

卡瓦植物

研究人员解决了卡瓦植物是如何产生它的止痛和抗焦虑分子,展示出一个可扩展的方法是按比例和优化生产。 看视频


记者联系

妮可·吉斯rura
电子邮件: giese@wi.mit.edu
电话:617-258-6851
怀特黑德研究所

卡瓦(卡瓦胡椒)是一种植物,原产于那里的人在同一个名字的一个平静的饮料已应用于宗教和文化礼仪千百年来的波利尼西亚群岛。培育卡瓦并在重要的聚会喝它的传统,在整个多属波利尼西亚共享的文化基石,虽然具体的海关 - 卡瓦和这株 - 有所不同岛屿间。在过去的几十年里,卡瓦已获得了岛屿的止痛和抗焦虑性质的利益之外的潜在吸引力的替代药物,如阿片类和苯二氮卓,因为kavalactones,卡瓦药用感兴趣的分子,使用略有不同机制,影响中枢神经系统,似乎是无成瘾性。卡瓦酒吧已经如雨后春笋在美国各地,卡瓦补充和茶衬货架在像沃尔玛商店和体育界人士的安全需要缓解疼痛都在鼓吹它的好处。

这一不断增长的使用表明,有将是基于kavalactone医学疗法的一个相当大的市场,但也有路障的发展:一,卡瓦是大力培育,尤其是外面的热带。卡瓦需要数年时间达到成熟,并作为一个驯化物种不再生产的种子,它只能通过扦插繁殖。这可以使研究人员难以得到kavalactones进行调查或临床试验的足够大的量。

现在,由Whitehead研究所成员,生物学澳门太阳城最新网站副教授研究 京科翁 和博士后托马什pluskal, 在网上公布 自然植物 7月22日,描述了一种方法来解决这个问题,以及创建kavalactone在自然界中可能更有效或更安全作为治疗变种没有找到。

“我们是为了结合这种植物的药性,通过传统的使用,拥有现代化的研究工具的百年建立的历史知识可能开发新的药物,” pluskal说。

翁实验表明,如果研究人员找出一种理想的天然分子背后的基因 - 在这种情况下,kavalactones - 他们可以克隆这些基因,并将它们插入到像酵母物种或快速增长,并在各种环境中更易于维护的细菌比气质热带植物,然后获取这些微生物的生物工厂,大规模生产的分子。为了实现这一点,首先翁和pluskal必须解决一个复杂的难题:如何做卡瓦产生kavalactones?没有直接kavalactone基因;复杂的代谢物,如kavalactones通过一系列的使用中间体分子的步骤中创建。细胞可以结合这些中间体,剪断了其中的部分,并添加位输出到他们创造的最终分子 - 其中大部分是用酶,细胞的化学反应的催化剂的帮助下完成。所以,为了重新kavalactone生产,研究人员必须确定完整的通路厂使用合成它,包括基因对所有涉及的酶。

研究人员不能使用基因测序或共同的基因编辑工具来识别酶,因为卡瓦基因组是巨大的;它比人类的46,而不是他们转向其他方法,包括测序工厂的RNA调查表达的基因,以确定的生物合成途径kavalactones有130条染色体。

“这就像你有很多散落在地上,乐高作品”翁说,“你必须找到适合共同打造的某个对象的人。”

翁和pluskal有一个很好的起点:他们认识到kavalactones也有类似的结构骨架,以查耳酮,所有陆地植物代谢产物共享。他们推测参与产生kavalactones所述酶中的一种,必须与参与产生的查耳酮,查耳酮合酶(CHS)的一个。他们寻找类似的编码酶的基因,发现了从旧CHS基因进化2个合酶。这些合成酶,他们称之为 下午SPs1和 下午SPS2,有助于塑造kavalactones分子的基本骨架。

然后,用一些试验和错误,pluskal发现编码数剪裁酶修改和添加到分子骨干创建各种特定kavalactones的的基因。为了测试,他已经确定了合适的酶,pluskal克隆相关的基因,并证实酶它们编码产生预期的分子。该小组还确定了flavokavains的生物合成途径的关键酶,在卡瓦分子在结构上与kavalactones,并已在研究中证明具有抗癌特性。

一旦研究人员曾对他们kavalactone基因,它们插入到这些细菌和酵母开始生产的分子。观其微生物生物工厂模型证明了这一点表明,使用微生物可以为kavalactones提供更高效,可扩展的量产车。该模型还可以允许用于生产由卡瓦基因与其他基因,从而微生物会产生改性kavalactones组合工程改造新分子的。这可以让研究人员,以优化分子的效率和安全性的治疗。

“有一个非常迫切需要疗法来治疗精神障碍,并为更安全的止痛选择,”翁说。 “我们的模型通过增加获得天然药物分子,并允许建立新的到自然分子消除一些从植物药物开发的瓶颈。”

卡瓦只含有独特的分子在世界各地许多植物,可能有很大的药用价值之一。翁和pluskal希望他们的模式 - 从传统医学,基因组学,合成生物学和微生物大量生产使用的植物结合使用药物发现的 - 将被用来更好地利用世界各地的植物化学的巨大差异,以帮助有需要的病人。

这个工作是由史密斯家族的基础上,爱德华ñ资助。和德拉湖托梅纪念基金会,家族拉尔森 - 罗森奎特基础,美国国家科学基金会。托马什pluskal是海伦干草惠特尼基础的西蒙斯基金会研究员。京科翁由贝克曼青年研究者计划,皮尤学者在生物医学科学程序和塞尔学者计划的支持。


主题: 怀特黑德研究所, 生物学, 科学学院, 演化, 遗传学, 精神健康, 美国国家科学基金会(NSF), 研究, 健康, 植物

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