理查德·扎尔教授手里拿着墨西哥蝎子Diplocentrus melici

来源:©Edson N Carcamo-Noriega

迪克·扎尔和墨西哥蝎子Diplocentrus melici

从蝎子毒液中分离出的两种化合物可能是研制新抗生素的有希望的线索,特别是针对引起结核病的细菌耐药菌株。但是蝎子并不需要“挤奶”来获得用于潜在药物的珍贵化合物——研究小组已经在实验室里合成了它们。

蝎子毒液是地球上最昂贵的液体之一,每升毒素的价格约为820万英镑。相比之下,一公斤黄金的价格仅为3.4万英镑。但近年来,这并没有阻止研究人员从蝎子毒液中分离出化合物,以寻找新的抗菌、抗炎和抗疟疾药物。

然而,从很少种类的蝎子的毒液已被化学表征,大多数化合物已被分离是蛋白质或肽。现在,Lourival Possani在墨西哥国立自治大学和理查德Zare美国斯坦福大学的研究人员合作研究了一种很少被研究的墨西哥蝎子的毒液Diplocentrus melici并发现它含有两种具有抗菌特性的生物碱化合物。

Zare说:“我们希望这些化合物及其简单的化学衍生物可以成为新的、有效的药物来帮助人们。”“这种合成方法降低了成本,使它们的广泛应用成为可能。”

之前,Possani发现,奇怪的是,这个物种的毒液在暴露于空气中时会从白色变成暗红色。进一步的研究表明,它含有两种活性化合物——一种红色,一种蓝色。然而,Possani的团队主要研究基于蛋白质的结构,而不是其他化学物质,因此需要帮助来识别这些化合物。Zare在两年前的一次会议上与Possani合作,在一种不同的蝎子毒液中发现了一种生物碱。因此,波萨尼再次聘请了扎尔的专家。

这张图片显示了从蛇毒中提取的两种化合物的结构

来源:©Carcamo-Noriega等人/2019美国国家科学院

从蛇毒液中提取的红色(左上)和蓝色(左下)化合物的结构d . melici。相应的x射线晶体学数据在右边,氧和硫原子分别为红色和黄色

由于这种毒液非常昂贵且难以获得,研究小组只有大约0.5微升的毒液可供研究,这比蚊子一次叮咬所需的血液量还少10倍。一旦它变成深红色,就溶解在醋酸铵中,分离并干燥,产生红色和蓝色粉末。然后,核磁共振和质谱鉴定出了这两种化合物——两种以前不为人知的1,4-苯奎宁,它们几乎完全相同,只是红色的一个分支上有甲氧基,而蓝色的一个分支上有硫醚。

由于从毒液中分离出的化合物数量非常少,下一步是在实验室中合成它们,以便对它们进行表征和抗菌活性测试。通过确定这些化合物的化学成分,研究小组成功地利用市售的前体制造出了与毒液中化学成分相匹配的合成版本。

随后的实验表明,红色的苯醌能有效地杀死高传染性的葡萄球菌,而蓝色的苯醌能杀死正常和耐多药的结核菌菌株。2

Zare说:“对我来说最令人惊讶的是,我们发现的生物碱能够杀死耐多药结核病,而不会损害小鼠肺部的上皮。”“这让我想到,这种化合物,蓝色苯醌可能会成为对抗结核病的重要药物。”

“从毒液中分离出的具有抗生素活性的天然产品越来越多,这表明它们的潜力是相当大的,”评论说肯尼斯·谢伊他在美国加州大学欧文分校(University of California, Irvine)研究新型聚合物和材料的合成。“从蝎子毒液中提取的1,4-苯醌因其广谱功效和明显的低毒性而特别有趣。”