Biologia Sintética (IV) Pesquisador Josh: redesenhar a síntese química da medicina chinesa com o "Lego de produtos naturais"

Mas “terra” não significa conservação. O estudo a longo prazo do sistema complexo da medicina chinesa lhe fez perceber as limitações dos métodos tradicionais de pesquisa. Quando os experimentos farmacológicos exigem moléculas candidatas de grau gramático, e as substâncias são extremamente baixas, os métodos tradicionais de extração e separação enfrentam grandes desafios. Esse gargalo levou-a a se voltar para a biologia sintética.Não depender de medicamentos, mas "cultivar" os ingredientes eficazes da medicina chinesa com os micróbios.

O caminho não foi fácil, mas ela encontrou uma nova linguagem para contar a história da medicina chinesa.

O ponto de partida da pesquisa de Josh é a análise da composição química da medicina chinesa. Devido à complexidade da composição da medicina chinesa, o grupo de especialistas tem dependido de longa data da cromatografia líquida (LC) e da combinação cromatografia líquida-espectroscopia de massa (LC/MS) para sua análise. Mas a análise só pode ser “vista”, não “obtida”. O problema surge quando estudos farmacológicos ou clínicos exigem quantidades suficientes de compostos. Só a combinação líquida não pode obter o composto alvo, mesmo que tenha uma fase líquida de preparação de grande escala, também está limitada ao conteúdo natural dos ingredientes alvo na medicina, consumirá uma grande quantidade de recursos e recursos humanos e materiais da medicina chinesa.

Foi esse dilema de “ver, mas não conseguir” que a levou a se voltar para a pesquisa de biosíntese em 2015. Desta forma, o grupo de temas passou de "medicina analítica chinesa" para "medicina sintética chinesa", concentrando-se gradualmente no mecanismo de biosíntese dos produtos naturais das plantas e entrando formalmente no campo da biologia sintética.

Ao explorar como as plantas sintetizam moléculas ativas, os pesquisadores Josh apresentaram uma metáfora da imagem - "Lego de produtos naturais".

Essa ideia vem de uma nova compreensão da função enzimática. Os livros de ensino do ensino médio enfatizam a "singularidade das enzimas, uma chave abre uma fechadura", mas estudos práticos descobriram que muitas enzimas têm "promiscuidade" - a capacidade de catalisar diferentes combinações de substratos com flexibilidade. Por exemplo, uma enzima pode ligar A a B, A a C e até mesmo continuar a ligar D em base a AB. "A natureza dá uma grande criatividade às proteínas. disse Josh.

Existem muitos “blocos de construção” gerais na natureza, como a glicose, o ácido canélico, a coenzima acetil A, etc. Essas pequenas moléculas são amplamente distribuídas e podem ser montadas flexibilmente como "blocos" por enzimas em produtos naturais diversificados. O nome "LEGO" deriva dessa característica modular e combinavel. Essa propriedade abre a possibilidade de construir "produtos naturais não naturais" - preservando esqueletos naturais e introduzindo modificações não naturais para explorar atividades farmacológicas melhores.

O pesquisador Josh aponta que esses resultados podem ser usados ​​para pesquisa e desenvolvimento de medicamentos naturais, por um lado, e, por outro lado, são importantes para a proteção dos recursos da medicina chinesa: quase metade da medicina chinesa comumente usada na China depende da colheita selvagem, se for possível produzir ingredientes-chave através da fermentação, reduzirá significativamente o consumo de recursos selvagens. Além disso, enzimas e fatores reguladores encontrados em estudos de biosíntese também podem ser usados ​​na criação molecular para ajudar a selecionar plantas medicinais de alta qualidade.

Iluminar as biosintesas dos ingredientes da medicina chinesa é tecnicamente desafiador. "Muitos genomas vegetais são maiores do que os humanos, e a identificação de genes alvo é como uma agulha de pesca no mar." A equipe de Josh é excelente na estratégia de "análise de correlação": reduzir o escopo de candidatos, perturbando as plantas e observando mudanças sincronizadas nos compostos alvo, intermediários e expressão genética. Essa estratégia depende fortemente de técnicas de teste analítico preciso.Na escolha do instrumento, o grupo de especialistas escolheu a cromatografia líquida e a combinação líquida, e o conhecimento de muitos dos ingredientes comuns da medicina chinesa foi feito com base nos instrumentos LC/Q-TOF e 2D-LC/MS da Agilent.

O pesquisador Josh admite que o seu trabalho científico não foi uma decisão deliberada, mas uma escolha razoável. Isso é devido ao pedido do professor - o professor Godan, o professor Yemen, no campo da medicina chinesa, a profunda acumulação e o espírito de apego a influenciaram profundamente. “Pesquisa é uma coisa interessante, escolher fazer é fazer bem.” Ao educar seus alunos, ela sempre se esforçou para criar um ambiente de pesquisa livre e aberto, incentivando-os a sair da zona de conforto e manter a curiosidade por novas coisas e novas tecnologias. Durante o processo experimental, a inteligência, a diligência e a perseverança dos alunos são importantes para o avanço contínuo do tema.

A pesquisa de Josh também é inesquecível sem o valioso apoio de colaboradores, colegas e especialistas técnicos da Agilent, cujas opiniões construtivas em várias trocas foram uma inspiração importante para o avanço do tema.