「ACS」變廢為寶！大腸桿菌也能製藥，抗癌、抗寄生蟲、抗菌的天然苯並惡唑就靠大腸桿菌了

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作者：Liz Zee

導讀：無論是肌肉鬆弛劑還是心臟病藥物，這裡面都很有可能含有人工合成的苯並惡唑（benzoxazole）。雖然天然苯並惡唑在藥物中的成效更加顯著，但其製藥時間長，而且存在固有的不良特性，比如毒性高、效用低、溶解性差，這阻礙了天然苯並惡唑的使用。

德克薩斯農工大學（Texas A&M University）化學工程系Artie McFerrin項目（是美國規模最大、得到充分認可的項目之一）的助理教授朱學軍（Xuejun Zhu，音譯）博士與研究生歐陽煥榮（Huanrong Ouyang，音譯），以及兩名本科生Joshua Hong和Jeshua Malroy正在利用大腸桿菌生成天然的苯並惡唑，希望為未來的藥物研發開發出一種更有效、更環保和成本更低的生產方法。

這項研究發表在美國化學學會的《ACS Synthetic Biology》上，題為「An E. coli-Based Biosynthetic Platform Expands the Structural Diversity of Natural Benzoxazoles」。

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

苯並惡唑是一種由碳、氫、氧、氮組成的雜環化合物（分子中含有雜環結構的有機化合物）。它可以合成生產，但也存在於具有生物活性的天然產物中，如nataxazole（鈉他唑）、caboxamycin（卡波黴素）和calcimycin（卡西黴素）。合成的苯並惡唑存在於合成藥物中，比如氯唑沙宗（chlorzoxazone，一種肌肉鬆弛劑）、Vyndaqel（通用名tafamidis，用於治療心臟病）。

然而，很少有人會選擇天然苯並惡唑，因為天然苯並惡唑生產化合物需要的時間長，並且存在不良特性，例如毒性高、效用低、溶解性差。雖然對天然苯並惡唑的研究很少，但有可能會在未來用於癌症治療、抗寄生蟲和抗菌治療。一些天然苯並惡唑顯示出了對抗多種腫瘤細胞系的細胞毒活性。

「目前，合成苯並惡唑的天然方法非常慢，有時需要一周甚至更長時間。」朱博士說，「天然化合物還會導致毒性超標或其他不良特性，因此其應用受到限制。」

為了提取或摒棄天然苯並惡唑的某些特性，研究人員將目光轉向了微生物大腸桿菌（一種在自然環境以及人類和動物腸道中發現的細菌）。歐陽說，「與其他微生物相比，大腸桿菌生長得非常快。而且現代研究人員對大腸桿菌進行了大量研究，我們更容易通過基因操縱來提高生產率，尤其是大規模生產。」

研究人員利用一些製造天然苯並惡唑的必要基因對大腸桿菌進行了修飾。通過將修飾過的大腸桿菌與前體—定向生物合成相結合，開發出了一種以更快的速度生產天然苯並惡唑的方法。

朱博士說，「從我們的研究中，我們發現我們可以同時生產三種不同類型的苯並惡唑。每種類型都可能具有不同的生物活性，如抗菌、抗寄生蟲、抗癌等。」

通過調整變量，例如使用不同的前體，研究人員可以進一步擴大苯並惡唑的結構多樣性，並有可能會逆轉一些天然苯並惡唑的固有問題，以提高溶解度和效力，同時降低毒性水平。歐陽說，「我們的研究將為未來的藥物發現和開發奠定基礎。」

用可持續的方法生產天然苯並惡唑，能夠讓它們有可能應用於各種藥物，比合成的苯並惡唑帶給我們更多的益處。研究人員希望，這是通過蛋白質工程和組合生物合成，邁向低成本、直接生成新型苯並惡唑類似物的重要一步。

參考資料：

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

註：本文旨在介紹醫學研究進展，不能作為治療方案參考。如需獲得健康指導，請至正規醫院就診。