Некоторые кораллы производят химические вещества, называемые дитерпеноидами, которые обещают в борьбе с раком и снижении воспалений, но исследователи не могли подробно изучить эти вещества.
Проблема заключалась в том, что эти химические соединения вырабатываются в крошечных количествах медленно растущими и редкими кораллами, что делает их добычу для исследований и производства новых лекарств экологически разрушительной и непрактичной.
Новое исследование, проведённое учёными из Института океанографии Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего, может наконец раскрыть химический потенциал этих кораллов. Исследование обнаружило группу из пяти генов, ответственных за производство дитерпеноидов у нескольких видов кораллов, известных как восьмилучевые кораллы (octocorals).
Открытие генного кластера
Обнаружение этого генного кластера позволяет биохимикам производить соединения восьмилучевых кораллов в лаборатории и исследовать их потенциал в качестве лекарств или других продуктов. Исследование было опубликовано в журнале Nature Chemical Biology.
«Кораллы производят уникальные химические соединения, которых нет в наземном мире, поэтому существует большой интерес к изучению их биомедицинского потенциала», — сказал Брэдли Мур, старший автор исследования и морской химик с совместными назначениями в Институте океанографии Скриппса, где он является директором Центра морской биотехнологии и биомедицины, и в Школе фармации и фармацевтических наук Университета Калифорнии в Сан-Диего.
«К сожалению, получить достаточное количество веществ непосредственно из природы очень сложно. Теперь, когда у нас есть генетическая схема производства этих химических веществ, мы можем решить проблему снабжения и открыть новые соединения, которые могут принести пользу человечеству», — добавил он.
Поиск биомедицинской полезности в океане
Поиск биологически активных веществ в океане является направлением исследований Мура. Подобный поиск ведётся на суше уже почти столетие — примерно половина всех лекарств получена из наземных источников, но океан ещё предстоит изучить, несмотря на то, что он покрывает 70% поверхности Земли.
Совмещение передовых морских исследований и биомедицинских исследований мирового уровня в Университете Калифорнии в Сан-Диего иллюстрирует уникальную способность учреждения исследовать потенциал океана.
Восьмилучевые кораллы — древняя группа животных, включающая мягких кораллов и морские перья. По сравнению со своими родственниками, образующими рифы, восьмилучевые кораллы имеют мягкое тело и не имеют физической защиты в виде твёрдого скелета. Чтобы избежать поедания, учёные считают, что восьмилучевые кораллы используют химические защиты, включая дитерпеноиды, которые также широко используются растениями для защиты от травоядных и для различных других биологических функций.
Дитерпеноиды растений и их применение
Дитерпеноиды растений стали основой для многочисленных важных лекарств, в частности для противоопухолевого препарата таксола, который получают из тихоокеанского тиса и который был назначен миллионам пациентов для замедления роста опухолей.
Дитерпеноиды восьмилучевых кораллов также обладают противоопухолевыми и противовоспалительными свойствами, но имеют химическую структуру, не похожую ни на что, встречающееся на суше, что делает их перспективными.
«Поиск всех генов, которые организм использует для кодирования производства определённого соединения, — невероятно сложная задача, особенно когда мы можем даже не знать, какие гены мы ищем», — сказала Натали Грейсон, кандидат наук в Скриппсе и первый автор исследования.
Практическое значение исследования
«Нахождение этих генных кластеров даёт нам, учёным, все знания, необходимые для синтеза этих химических веществ, и делает открытие новых лекарств или продуктов практическим», — сказал Мур. «Это может наконец решить проблему снабжения, которая сдерживала исследования биохимии кораллов».
Лаборатория Мура планирует вставить обнаруженные ими генные кластеры в микробы для производства большего количества дитерпеноидов для дальнейшего изучения. Эта способность синтезировать соединения в лаборатории также позволяет исследователям, занимающимся морской биохимией, более бережно относиться к планете, требуя меньшего количества образцов из глубин.
«Волнующие возможности для создания новых лекарств или полезных продуктов на основе уникальных химических веществ, вырабатываемых морскими обитателями, подчёркивают важность сохранения океана», — сказала Грейсон.