Vorreiter der Forschung in der Synthetischen Biologie (4) Forscher Josh: Die chemische Synthese der chinesischen Medizin mit dem „Lego-Produkt“ neu verstehen

Aber "Erde" ist nicht gleichbedeutend mit Althaltung. Die langfristige Forschung des komplexen Systems der chinesischen Medizin hat sie den Einschränkungen der herkömmlichen Forschungsmethoden bewusst gemacht. Wenn pharmakologische Experimente Gramm-Grad-Kandidatenmoleküle erfordern, während der Inhalt der Medikamente sehr niedrig ist, stellen sich die herkömmlichen Methoden der Extraktion und Trennung mit großen Herausforderungen konfrontiert. Dieser Flaschenhals veranlasste sie, sich zur synthetischen Biologie zu wenden.Nicht abhängig von Arzneimitteln, sondern mit Mikroben "Pflanzen" wirksame Inhaltsstoffe der chinesischen Medizin.

Der Weg war nicht einfach, aber sie fand eine neue Sprache, um die Geschichte der chinesischen Medizin zu erzählen.

Joshes wissenschaftlicher Ausgangspunkt ist die Analyse der chemischen Zusammensetzung der chinesischen Medizin. Aufgrund der hohen Komplexität der Komponenten der chinesischen Medizin setzt die Fachgruppe seit langem auf die Flüssigchromatographie (LC) und die Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie-Kombinationstechnik (LC/MS) zur Analyse. Aber die Analyse kann nur „gesehen“ werden, nicht „bekommen“. Wenn pharmakologische oder klinische Studien eine ausreichende Menge an Verbindungen erfordern, kommt das Problem. Allein die Flüssigkeitskombination kann die Zielverbindung nicht erreichen, auch wenn es eine große Flüssigkeitsphase zur Vorbereitung hat, ist auch durch den natürlichen Gehalt der Zielbestandteile in den Medikamenten begrenzt, was eine große Menge an chinesischen Medizin-Ressourcen und menschliche und materielle Kräfte verbraucht.

Genau dieses „sichtbare, aber nicht erreichbare“ Dilemma veranlasste sie 2015 zur Biosynthese zu wechseln. Die Fachgruppe wechselte daher von der „analytischen chinesischen Medizin“ zur „synthetischen chinesischen Medizin“ und konzentrierte sich allmählich auf die Mechanismen der Biosynthese natürlicher Pflanzenprodukte und trat offiziell in das Feld der synthetischen Biologie ein.

Während der Erkundung, wie Pflanzen aktive Moleküle synthetisieren, stellten Forscher Josh eine Metapher für das Bild vor: "Lego, ein natürliches Produkt".

Diese Idee beruht auf einem Neuverständnis der Enzymfunktion. Die High School-Lehrbücher betonen, dass "Enzyme einzigartig sind, ein Schlüssel öffnet ein Schloss", aber praktische Forschung ergab, dass viele Enzyme "promiskuität" haben - die flexible Katalyse verschiedener Substratkombinationen. Zum Beispiel kann ein Enzym sowohl A als auch B verbinden, A als auch C, oder sogar D auf der Basis von AB weiterverbinden.“ Josh sagte.

In der Natur gibt es viele allgemeine „Bausteine“ wie Glukose, Zimtsäure, Acetyl-Coenzym A usw. Diese kleinen Moleküle sind weit verbreitet und können als „Bausteine“ von Enzymen flexibel in vielfältige natürliche Produkte zusammengesetzt werden. Der Name „LEGO“ stammt von dieser modularen und kombinierbaren Eigenschaft. Diese Eigenschaft eröffnet die Möglichkeit, ein „unnatürliches natürliches Produkt“ zu bauen – sowohl das natürliche Skelett zu erhalten als auch unnatürliche Modifikationen einzuführen, um eine bessere pharmakologische Wirksamkeit zu erforschen.

Forscher Josh wies darauf hin, dass solche Ergebnisse einerseits für die Forschung und Entwicklung natürlicher Medikamente verwendet werden können, andererseits sind sie von großer Bedeutung für den Schutz der Ressourcen der chinesischen Medizin: Fast die Hälfte der häufig verwendeten chinesischen Medikamente in China hängt von der Wildsammlung ab, was den Verbrauch von wilden Ressourcen erheblich verringern wird, wenn sie durch Fermentierung Schlüsselkomponenten produzieren können. Darüber hinaus können Enzyme und Regulierungsfaktoren, die in der Biosynthese-Studie gefunden werden, auch für die molekulare Züchtung verwendet werden, um die Auswahl qualitativ hochwertiger medizinischer Pflanzen zu unterstützen.

Die Aufklärung der Biosynthese der chinesischen pharmazeutischen Bestandteile ist technisch herausfordernd. „Viele Pflanzengenome sind größer als die menschlichen, so dass die Zielgene genauso identifiziert werden wie eine Meeresnadel.“ Das Joshua-Team ist in der Strategie der „Korrelationsanalyse“ ausgezeichnet: Durch die Störung der Pflanzen und die Beobachtung synchronisierter Veränderungen in Zielverbindungen, Zwischenstoffen und Genexpression verringert man den Kandidatenbereich. Diese Strategie ist stark auf präzise analytische Testtechniken angewiesen.Bei der Auswahl der Instrumente hat die Fachgruppe die bevorzugte Lösung für Flüssigkeitschromatographie und Flüssigkeitskombination verwendet, und das Verständnis der vielen häufig verwendeten chinesischen Inhaltsstoffe wurde auf der Grundlage von Agilen LC/Q-TOF- und 2D-LC/MS-Instrumenten durchgeführt.

Forscher Josh gab zu, dass er seine wissenschaftliche Arbeit nicht aus einer absichtlichen Entscheidung, sondern aus einer vernünftigen Wahl begann. Dies ist auf die Aufforderung des Lehrers zurückzuführen - die tiefe Ansammlung und die Bindung des Lehrers Prof. Godan und Prof. Yemen auf dem Gebiet der chinesischen Medizin haben sie tief beeinflusst. "Wissenschaft ist eine interessante Sache, wenn man sich entscheidet, es zu tun." Bei der Erziehung ihrer Schüler bemühte sie sich immer darum, eine freie und offene wissenschaftliche Atmosphäre zu schaffen, die sie ermutigt, ihre Komfortzone zu verlassen und Neugier auf neue Dinge und Technologien zu behalten. Während des Experiments sind die Intelligenz, die Fleißigkeit und die Hartnäckigkeit der Schüler eine wichtige Triebkraft für die kontinuierliche Weiterentwicklung des Themas.

Auch Joshes Forschung kann ohne die wertvolle Unterstützung von Mitarbeitenden, Kollegen und Technikern von Agilen, deren konstruktive Beiträge in zahlreichen Austauschen eine wichtige Inspiration für die Weiterentwicklung des Themas waren, bedankt sie sich sehr.