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冬虫夏草和蝉花等其他种类的虫草菌不能合成虫草素及喷司他丁

蛹虫草在柞蚕上的生长形态。

经济日报讯 记者沈则瑾报道:近日,《细胞生物化学》在线发表了中国科学院上海植物生理生态研究所王成树研究组的最新研究成果:虫草素伴随保护分子喷司他丁的生物合成。该研究完整解析了虫草素在蛹虫草中的生物合成机理,并首次发现蛹虫草能够合成抗癌药物——喷司他丁,该化合物被用来保护所合成虫草素的结构稳定性。

自然界中,能够感染杀虫的广义虫草菌有1000多种,它们在昆虫种群的自然调控中发挥着重要作用。其中,以冬虫夏草、蛹虫草和蝉花等为代表的虫草具有悠久的食药用历史,具有抗癌、提高免疫力、抗菌及抗疲劳等多种生物活性。然而长久以来,其相关活性成分多数并未研究清楚。

其中,腺苷类系物虫草素最早于1950年在蛹虫草中被发现鉴定,具有抗菌、抗虫及抗癌等生物活性,但合成机理未知。喷司他丁则最早于1974年在细菌中被鉴定,是腺苷脱氨酶的强抑制剂,1991年获美国食品药品管理局(FDA)批准,成为抗毛细胞白血病的商业药物。

王成树研究组在完成蛹虫草基因组研究的基础上,通过生物信息分析及基因功能研究,完整解析了虫草素生物合成的分子机理,并首次发现,蛹虫草能够由同一基因簇共同合成虫草素及喷司他丁。这两种腺苷类分子在功能上扮演着“保护者—被保护者”的作用,也就是说,虫草素在被合成的同时,蛹虫草会合成一个保护其稳定性的分子。

此外,研究组还发现,蛹虫草只有在蚕蛹上生长时,才会合成高水平的虫草素。但虫草素含量过高时,能引起细胞毒性,真菌会相应启动解毒机制。这暗示着对于人类来说,也不易摄入过量的虫草素。

在此基础上,他们结合色谱验证分析研究证明,冬虫夏草和蝉花等其他种类的虫草菌不能合成虫草素及喷司他丁。但利用获得的合成基因,异源表达可以实现由酵母菌合成虫草素,并在蛹虫草中高水平地合成虫草素和喷司他丁,为这两种活性成分的高效利用奠定了技术基础。

据悉,该研究成果为蛹虫草的抗癌活性提供了分子证据,并证明了冬虫夏草等其他虫草菌不能合成虫草素,也不能合成喷司他丁,这为以生物学技术高水平合成虫草素和喷司他丁提供了基因资源。