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蛹虫草合成虫草素的机理

时间:2017-11-02 11:19  来源:未知  作者:八百寿

标签: 虫草素 蛹虫草 冬虫夏草 虫草

你一定听说过 冬虫夏草 ,但你是否知道 虫草 其实不等于冬虫夏草,自然界中可以感染昆虫的广义上的虫草菌多达1500余种吗?虫草那么多,究竟哪些才是具有抗癌、抗菌等生物活性的

你一定听说过冬虫夏草,但你是否知道虫草其实不等于冬虫夏草,自然界中可以感染昆虫的广义上的虫草菌多达1500余种吗?虫草那么多,究竟哪些才是具有抗癌、抗菌等生物活性的“自然宝贝”,大自然又是如何“生产”这些有效成分的?其实,这些问题始终未有定论。经过多年探索,中国科学院上海植物生理生态研究所的王成树研究组,终于有了初步答案。

他们不仅完整解析了虫草素在蛹虫草中的生物合成机理,而且首次发现蛹虫草能够“配套”合成虫草素分子的“保护者”——抗癌药物喷司他丁,还探明了冬虫夏草等其他类虫草菌其实并不能合成虫草素和喷司他丁。不久前,国际著名学术杂志《细胞》(Cell)的子刊《化学生物学》(Chemical Biology)在线宣布了这一最新研究成果。

据介绍,1500余种广义虫草菌都属于真菌,它们可以杀虫,在昆虫种群的自然调控中发挥着重要的作用。其中最著名的莫过于,以冬虫夏草、蛹虫草和蝉花等为代表的虫草菌感染昆虫后构成的菌虫复合体——虫草。虫草具有悠久的食药用历史,历来被报道具有抗癌、提高免疫、抗菌及抗疲劳等多种生物活性。但是,这些生物活性的成分究竟是什么?科学界其实多不清楚。只要古书记载和临床循证,但缺乏科学研究的证据。直到1950年,一种名为“虫草素(cordycepin)”的腺苷类系物在蛹虫草中被发现,并被陆续验证具有抗菌、抗虫及抗癌等生物活性。

但是,虫草素的合成机理仍是未知数。科学界及产业界为此争论不休,不少人深信:虫草素这一生物活性成分,不只存在于蛹虫草中,冬虫夏草等其他各类虫草菌,都具有合成虫草素的能力。事实真的如此吗?

蛹虫草又名“北虫草”等,也是公众较熟悉的一类虫草菌。王成树研究组几年前已完成了包括蛹虫草在内的18种广义虫草菌的基因组研究,在其基础上,通过生物信息剖析及基因功能研究,此次完整地解析了虫草素在蛹虫草中生物合成的分子机理,并且收获了“意外的惊喜”。

研究人员发现,蛹虫草在合成虫草素的进程中,还会“配套”合成另一个“宝贝”——喷司他丁(pentostatin)。喷司他丁最早是于1974年在细菌中被鉴定发现的,后证明为腺苷脱氨酶的强抑制剂,1991年获美国食品与药品监视管理局(FDA)同意,成为抗毛细胞白血病的商业药物。直到此次,科学家们才发现了喷司他丁的另一个身份——虫草素的“天然保护者”,其先天使命便是保护所合成虫草素的结构稳定性。这两种腺苷类分子由同一基因簇共同合成,在功能上扮演着 “保护者”与“被保护者”的角色关系。如此,蛹虫草的抗癌活性也有了第一个分子根据。

实验证明,不同培养条件下的产量明显不同:蛹虫草只有在蚕蛹上生长而非液体发酵培育时,才会合成高程度的虫草素。科研人员也找到了虫草素与喷司他丁的“增产之道”,未来可以酵母菌或大肠杆菌为“生产车间”,通过合成生物学技术或基因工程的手段,高效合成这两种活性成分。

值得注意的是,虫草素含量过高,会引起细胞毒性,此时真菌会启动解毒机制,将虫草素脱氨,降解成不具活性的3'-脱氧肌苷 。这一发现告诉人们,不宜摄入过量虫草素,虫草素不是摄入越多越好,适量就好。

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