原产于东墨西哥的蝎子可能不仅仅是毒刺。斯坦福大学和墨西哥的研究人员发现,毒液中还含有两种可以帮助对抗细菌感染的变色化合物。

该团队不仅分离了蝎子毒液中的化合物,还在实验室中合成了这些化合物,并证实实验室制造的版本可以杀死组织样本和小鼠中的葡萄球菌和耐药结核菌。

该研究结果发表在6月10日出版的“ 美国国家科学院院刊”上,强调了等待发现蝎子,蛇,蜗牛和其他有毒生物毒素的潜在药理学宝藏。

“按体积计算,蝎子毒液是世界上最珍贵的材料之一。生产一加仑它的成本将达到3900万美元,”斯坦福大学的研究高级作者理查德·扎尔说。“如果你只依靠蝎子生产它,没有人能负担得起它,所以确定关键成分是什么并能够合成它们是很重要的。”

挤奶蝎子

Zare与他在墨西哥的同事一起工作,包括墨西哥国立大学分子医学教授Lourival Possani,他的学生们抓住了蝎子Diplocentrus melici的标本进行研究。

“这种蝎子的收集很困难,因为在冬季和干燥的季节,蝎子被埋葬了,”Possani说。“我们只能在雨季找到它。”

在过去的45年里,Possani一直致力于鉴定蝎毒中具有药理潜力的化合物。他的小组此前已发现隐藏在节肢动物毒药中的强效抗生素,杀虫剂和抗疟疾药物。

当墨西哥研究人员挤出D. melici的毒液时 - 这个过程涉及用温和的电脉冲刺激尾巴 - 他们注意到毒液在暴露在空气中时会变成颜色,从透明变为褐色。

当Possani和他的实验室调查这种不寻常的颜色变化时,他们发现了两种他们认为应该负责的化合物。其中一种化合物暴露在空气中时变成红色,而另一种化合物变成蓝色。

为了了解有关每种化合物的更多信息,Possani与斯坦福的Zare小组进行了接触,该小组以识别和合成化学品而闻名。

斯坦福大学的博士后研究人员Shibdas Banerjee和Gnanamani Elumalai只使用了一小部分毒液,就能够计算出这两种化合物的分子结构。“我们只有0.5微升的毒液可供使用,”Zare说,他是斯坦福大学人文科学学院的Marguerite Blake Wilbur自然科学教授。“这比蚊子一次服用的血量少十倍。”

通过各种化学分析技术运用化合物收集的线索,斯坦福科学家得出结论,毒液中的变色成分是两种以前未知的苯醌 - 一类已知具有抗菌特性的环状分子。

蝎子毒液中的苯醌看起来几乎彼此相同。“这两种化合物在结构上是相关的,但红色的一个在其一个分支上有一个氧原子,蓝色的一个有硫原子,”Banerjee说。

当通过大量试验和错误,他们学会了如何合成它们时,该小组证实了这些化合物的结构。“你在纸上写的许多反应看起来有效,但是当你在实验室里尝试它们时,它们实际上并不起作用,所以你需要耐心并有许多不同的想法,”Stanford MD-Ph.D说。研究生Shyam Sathyamoorthi领导了综合工作。

药物潜力

Zare的实验室向墨西哥城SalvadorZubirán国家健康科学和营养研究所的病理学家RogelioHernández-Pando发送了一批新合成的苯醌,他们的小组测试了实验室制造的生物活性化合物。

Hernández-Pando的研究小组发现红色苯醌对杀死高感染性葡萄球菌特别有效,而蓝色苯醌对导致结核病的正常和多重耐药菌株都是致命的。

“我们发现这些化合物杀死了细菌,但问题就变成'它会杀了你吗?'”Zare说。“答案是否定的:Hernández-Pando的研究小组表明,这种蓝色化合物会杀死结核菌,但会使小鼠肺部内层完好无损。”

Possani表示,如果Zare的研究小组没有弄清楚如何合成它,那么化合物的抗菌性能可能就不会被发现,因此可以大量生产。“我们从动物体内获得的毒液成分含量非常低,”Possani说。“这些化合物的合成对这项工作的成功具有决定性作用。”

斯坦福大学和墨西哥科学家正计划进一步合作,以确定孤立的毒液化合物是否可以转化为药物,以及为什么它们首先存在于毒液中。

“这些化合物可能不是毒液的有毒成分,”Zare说。“我们不知道为什么蝎子制造这些化合物。还有更多的谜团。”