【ACS】变废为宝！大肠杆菌也能制药，抗癌、抗寄生虫、抗菌的天然苯并恶唑就靠大肠杆菌了！

德克萨斯农工大学（Texas A&M University）化学工程系Artie McFerrin项目（是美国规模最大、得到充分认可的项目之一）的助理教授朱学军（Xuejun Zhu，音译）博士与研究生欧阳焕荣（Huanrong Ouyang，音译），以及两名本科生Joshua Hong和Jeshua Malroy正在利用大肠杆菌生成天然的苯并恶唑，希望为未来的药物研发开发出一种更有效、更环保和成本更低的生产方法。

这项研究发表在美国化学学会的《ACS Synthetic Biology》上，题为“An E. coli-Based Biosynthetic Platform Expands the Structural Diversity of Natural Benzoxazoles”。

https://doi.org/10.1021/acssynbio.1c00228

苯并恶唑是一种由碳、氢、氧、氮组成的杂环化合物（分子中含有杂环结构的有机化合物）。它可以合成生产，但也存在于具有生物活性的天然产物中，如nataxazole（钠他唑）、caboxamycin（卡波霉素）和calcimycin（卡西霉素）。合成的苯并恶唑存在于合成药物中，比如氯唑沙宗（chlorzoxazone，一种肌肉松弛剂）、Vyndaqel（通用名tafamidis，用于治疗心脏病）。

然而，很少有人会选择天然苯并恶唑，因为天然苯并恶唑生产化合物需要的时间长，并且存在不良特性，例如毒性高、效用低、溶解性差。虽然对天然苯并恶唑的研究很少，但有可能会在未来用于癌症治疗、抗寄生虫和抗菌治疗。一些天然苯并恶唑显示出了对抗多种肿瘤细胞系的细胞毒活性。

“目前，合成苯并恶唑的天然方法非常慢，有时需要一周甚至更长时间。”朱博士说，“天然化合物还会导致毒性超标或其他不良特性，因此其应用受到限制。”

为了提取或摒弃天然苯并恶唑的某些特性，研究人员将目光转向了微生物大肠杆菌（一种在自然环境以及人类和动物肠道中发现的细菌）。欧阳说，“与其他微生物相比，大肠杆菌生长得非常快。而且现代研究人员对大肠杆菌进行了大量研究，我们更容易通过基因操纵来提高生产率，尤其是大规模生产。”

研究人员利用一些制造天然苯并恶唑的必要基因对大肠杆菌进行了修饰。通过将修饰过的大肠杆菌与前体—定向生物合成相结合，开发出了一种以更快的速度生产天然苯并恶唑的方法。

朱博士说，“从我们的研究中，我们发现我们可以同时生产三种不同类型的苯并恶唑。每种类型都可能具有不同的生物活性，如抗菌、抗寄生虫、抗癌等。”

通过调整变量，例如使用不同的前体，研究人员可以进一步扩大苯并恶唑的结构多样性，并有可能会逆转一些天然苯并恶唑的固有问题，以提高溶解度和效力，同时降低毒性水平。欧阳说，“我们的研究将为未来的药物发现和开发奠定基础。”

用可持续的方法生产天然苯并恶唑，能够让它们有可能应用于各种药物，比合成的苯并恶唑带给我们更多的益处。研究人员希望，这是通过蛋白质工程和组合生物合成，迈向低成本、直接生成新型苯并恶唑类似物的重要一步。

参考资料：

https://phys.org/news/2022-01-genetically-coli-drug.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。