佛罗里达州立大学的化学家已经合成了源自太平洋海海绵中发现的细菌的新分子，这一突破对未来药物开发具有重要意义，特别是对于罕见形式的癌症治疗。
"大约50%的获批药物是天然产物或其衍生物，"佛罗里达州立大学化学与生物化学系四年级博士生、该研究的主要作者扎卡里·费尔斯通(Zackary Firestone)说。"这些分子的合成获取很重要，因为它使得生物测试更容易获取，也能制造新的衍生物。"
研究团队首次成功合成了两种新的海洋天然产物：四去氢卤环胺B(tetradehydrohalicyclamine B)和表四去氢卤环胺B(epi-tetradehydrohalicyclamine B)。这两种物质都是从与太平洋海海绵Acanthostrongylophora ingens共生的细菌中分离出来的。
海海绵及其共生细菌是生物活性分子的重要来源。通过化学合成实现这些天然海洋产物潜力的化学家在评估它们作为各种疾病新药先导物的价值方面发挥着基础性作用。研究结果发表在《美国化学学会杂志》(Journal of the American Chemical Society)上。
这些分子如何对抗癌症
四去氢卤环胺B于2018年被发现，能够抑制蛋白酶体——一种大型桶状蛋白质复合物，通过处理受损蛋白质来执行细胞内的废物管理活动。
某些罕见癌症，如多发性骨髓瘤和套细胞淋巴瘤，会产生大量有毒蛋白质，这意味着癌症的生存和扩散率在很大程度上取决于癌细胞处理这些额外废物的能力。蛋白酶体抑制剂是一种重要的癌症治疗方法：它们使有毒蛋白质积聚，使癌细胞承受巨大压力而死亡，从而减缓或阻止癌症扩散。
表四去氢卤环胺B于2019年被发现，尚未成为已发表生物研究的主题。然而，由于其独特结构，该分子在有机合成化学家中因其药用潜力而引起了相当大的关注。
从海海绵到实验室工作台
这两种分子都源自生长在Acanthostrongylophora ingens海海绵中的细菌，这种海海绵主要发现于印度尼西亚海岸。作为各种生物活性分子的来源，这种海绵受到全球研究人员的高需求。这些样本由训练有素的潜水员单独采集，通常立即冷冻以防止在运输前发生化学降解。海绵内关键分子的实验室合成将扩大研究活动，不受天然海海绵种群的限制。
"这些复杂分子在医学应用中显示出前景，但收集大量它们既困难又昂贵，"费尔斯通说。"我们使用可以从供应商处购买的材料制造这些分子，使研究人员更容易获取这些分子，并能够修改它们以改善其特性。"
完善分子的3D形状
无论是作为药物分子还是天然产物，精确的分子几何形状对于与目标蛋白质的相互作用至关重要。四去氢卤环胺B和表四去氢卤环胺B的首次合成产生了两种镜像几何形状，其中只有一种具有生物活性。费尔斯通现在是首位仅合成所需几何形状的分子的人，这将使研究人员能够更好地评估这些物质的结构如何与人体内源性靶标（如蛋白酶体）相互作用。
"我真的很喜欢制造分子的问题解决方面，"费尔斯通说。"在某些方面，它感觉像是一个谜题，你试图使用大量可用的反应以最有效的方式构建复杂的分子。"
分子合成的传承
费尔斯通的工作是史密斯实验室(Smith Laboratory)更广泛研究计划的一部分，该实验室是由化学与生物化学副教授乔尔·M·史密斯(Joel M. Smith)领导的有机合成研究实验室。
该实验室探索合成复杂分子的新方法，为新型小分子药物的创建奠定科学基础。虽然史密斯实验室主要致力于偏头痛、重度抑郁症和帕金森病等神经系统疾病的治疗，但费尔斯通的研究有望最终应用于癌症治疗。
"扎克是一位坚韧不拔的合成化学家，"史密斯说。"除了智力外，他在进行伟大科学时表现出非凡的韧性和纪律性。这使他能够以深思熟虑和勤奋的方法解决困难的合成问题，为他在佛罗里达州立大学及更广阔领域的未来成功奠定了基础。"
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