En metode til at screene ukendte molekyler af koralrev for deres terapeutiske potentiale

Koralrev rummer en utrolig mangfoldighed af liv, både havdyr, vi kan se, og mikrobielt liv, som vi ikke kan. Disse organismer genererer et enormt antal molekyler, når de spiser mad, fotosyntese, reproducere og afværge infektioner. Forskere har identificeret adskillige koralrev-afledte molekyler som havende medicinske egenskaber, såsom sekosteroider, som er steroidforbindelser, der anvendes til behandling af inflammatoriske lidelser; eller den kemiske forbindelse bryostatin 1, stammer fra en hvirvelløse koralrevsborgere kendt som bryozoer og bliver vurderet som en behandling for Alzheimers sygdom.

Alligevel er mange tusinde flere koralrevsmolekyler med medicinsk potentiale ukendte for videnskaben. En undersøgelse ledet af biologer fra San Diego State University beskriver en lovende ny metode til screening af det molekylære output af revliv for vigtige kemiske egenskaber, som kunne gøre det meget nemmere at identificere den næste generation af koralrev-afledte lægemidler og bedre forstå mangfoldigheden af ​​molekyler, der findes i havet.

"Vi ved, hvad så få af disse molekyler er, og hvad de gør, " sagde avisens hovedforfatter, Aaron Hartmann, en postdoc biolog med en dobbelt ansættelse ved SDSU og Smithsonian Institution. "Det er en ret stor vejspærring for at udvikle terapeutiske lægemidler afledt af dem."

Hartmann ledede undersøgelsen sammen med SDSU-biolog Forest Rohwer og kolleger fra University of California, San Diego; National Oceanic and Atmospheric Administration; European Molecular Biology Laboratory i Heidelberg, Tyskland; Imperial College London; CARMABI Foundation Curaçao; universitetet i Amsterdam, og Bangor University i Wales. Rohwer leder SDSU Viral Information Institute, en af ​​verdens førende inden for viral økologiforskning.

Molekylære fingeraftryk

Arbejder med kemiker Pieter Dorresteins laboratorium på Skaggs School of Pharmacy ved UC San Diego, forskerne analyserede vævsprøver fra koraller, alger og svampe indsamlet af Rohwer og andre på koralrev nær de fjerntliggende Line-øer i det centrale Stillehav. De isolerede hver organismes molekyler og sendte dem gennem et instrument kaldet et massespektrometer, der målte hvert molekyles masse. Næste, de brækkede molekylerne fra hinanden med en laser og målte massen af ​​disse stykker.

Molekyler har en tendens til at bryde fra hinanden på forudsigelige måder, så ved at måle massen af ​​disse kemiske stykker, forskerne var i stand til at komme med et sæt "molekylære fingeraftryk" - mønstre i de kemiske profiler, der peger på tilstedeværelsen af ​​bestemte molekyler.

Imidlertid, at kende dets kemiske fingeraftryk alene kan ikke fortælle dig, hvad et specifikt molekyle gør, hvis det ikke er blevet beskrevet før. Databasen over kendte molekyler repræsenterer kun en meget lille del af de molekyler, der eksisterer, Hartmann forklarede.

For at komme uden om den begrænsning, forskerne brugte derefter et genialt trick. De brugte en algoritme skabt i Dorresteins laboratorium til at screene disse molekylære fingeraftryk, og hvis den kemiske sammensætning af to ukendte molekyler var ens, de blev markeret som beslægtede molekyler. Hartmann og Daniel Petras, en postdoc kemiker ved UC San Diego, undersøgte derefter de kemiske reaktioner af disse ukendte molekyler for at få en bedre idé om, hvordan de opfører sig.

Denne analyse hjælper med at besvare et mangeårigt mysterium inden for havbiologi:Hvorfor har koralrev så stor molekylær mangfoldighed? Ved at sammenligne selv meget nært beslægtede organismer, forskerne opdagede, at hver havde forskellige molekylære fingeraftryk, tyder på, at disse organismer kan modificere de samme molekyler forskelligt for at passe til deres særlige biologiske nicher.

Med andre ord, selv nært beslægtede organismer kan stå over for forskellige sundhedsmæssige udfordringer afhængigt af deres geografiske placering, for eksempel, og derfor justerer deres molekyler lidt for bedre at forsvare sig selv. Forskerne rapporterede deres resultater i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Potentiel terapeutisk værdi

"Molekylær slægtskab kan fortælle dig om de potentielle kemiske reaktioner, som disse ukendte molekyler udviser, " sagde Hartmann. "Det, på tur, kan fortælle dig noget om deres potentielle terapeutiske værdi."

Så i stedet for at screene hvert enkelt molekyle enkeltvis for at se, om det har medicinske egenskaber, denne teknik ville gøre det muligt for forskere, der opdager lægemidler, nemt at jage efter kemiske egenskaber, der udvises af kendte lægemidler. Disse nyopdagede molekyler kan have fordele i forhold til kendte lægemidler - mere potente, for eksempel, eller med færre bivirkninger.

"Ved brug af denne metode, vi holdes ikke tilbage af, at vores molekylære database er ret sparsom, " sagde Hartmann. "Hvis du ved, hvilke kemiske reaktioner der er vigtige, så kan du gå på udkig efter molekyler med disse egenskaber."