การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่าการศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพทางทะเลสามารถปรับปรุงการวิจัยทางชีวการแพทย์ได้อย่างไร
สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินหรือไซยาโนแบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดในโลก ซึ่งปรากฏในบันทึกฟอสซิลเมื่อกว่า 3.5 พันล้านปีก่อน แต่มีแบคทีเรียสังเคราะห์แสงเหล่านี้มากกว่าประวัติศาสตร์อันยาวนาน สปีชีส์หนึ่งผลิตสารประกอบทางเคมีที่แสดงศักยภาพในการวิจัยเพิ่มเติมในฐานะยาเคมีบำบัดแบบใหม่
งานวิจัยใหม่ในวารสารProceedings of the National Academy of Sciencesอธิบายว่าสารประกอบ gatorbulin-1 (GB1) จากไซยาโนแบคทีเรียในฟลอริดาตอนใต้อาจมีฤทธิ์ต้านมะเร็งอย่างมีนัยสำคัญได้อย่างไร การค้นพบนี้โดยนักวิทยาศาสตร์ที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติและมหาวิทยาลัยฟลอริดา (UF) ของสมิธโซเนียน แสดงให้เห็นว่าการศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพทางทะเลสามารถปรับปรุงการวิจัยทางชีวการแพทย์ได้อย่างไร ชื่อของ Gatorbulin-1 ยกย่องนักวิจัยของ UF และพันธมิตรระดับโลกที่เป็นผู้นำในการค้นพบและกำหนดลักษณะเฉพาะ
“มหาสมุทรยังมิได้สำรวจมากนัก Dr. Hendrik Lueschนักเคมีด้านการแพทย์ ผู้อำนวยการศูนย์ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ การค้นพบยาและการพัฒนาแห่งมหาวิทยาลัยฟลอริดา และผู้เขียนนำรายงานฉบับใหม่กล่าวว่า เป็นที่ซึ่งความหลากหลายทางชีวภาพและเคมีส่วนใหญ่ของเรายังไม่ถูกค้นพบ “เราสนใจสถานที่ที่มีความหลากหลายทางชีวภาพทางทะเลสูง เพราะนั่นหมายความว่ามีสิ่งมีชีวิตจำนวนมากที่สื่อสารและต่อสู้กัน โดยใช้สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่เราสามารถหมุนเพื่อพัฒนายาได้”
จากการป้องกันตัวสู่ยาเสพติด
ไซยาโนแบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่อาศัยอยู่บนบกและในน้ำทั่วโลก แต่แม้กระทั่งสิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายเหล่านี้ก็มีความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนกับโลกรอบตัวพวกเขา
ไซยาโนแบคทีเรียไม่มีกรงเล็บ ฟัน หรือคำรามขู่เพื่อป้องกัน แทนที่จะใช้สารเคมีเพื่อป้องกันตัวเองจากผู้ล่า สารเคมีของพวกเขายังช่วยให้แบคทีเรียสื่อสาร
“เราได้ศึกษาชุดของสารประกอบที่เรียกว่า quorum sensing inhibitors ซึ่งส่งผลต่อตัวชี้นำทางเคมีที่แบคทีเรียใช้ในการสื่อสาร” ดร.วาเลอรี พอลนักนิเวศวิทยาเคมีและหัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของSmithsonian Marine Stationกล่าว การรับรู้ของโควรัมเป็นชื่อของวิธีที่แบคทีเรียสื่อสารโดยใช้สัญญาณเคมี
Paul และ Luesch ตรวจสอบสารป้องกันและการสื่อสารของไซยาโนแบคทีเรียเพื่อทดสอบคุณสมบัติทางชีวการแพทย์ บ่อยครั้งที่พวกเขาตระหนักถึงศักยภาพทางยาของสารประกอบนี้ก่อนที่จะเข้าใจว่าทำไมไซยาโนแบคทีเรียจึงใช้มัน
ในการศึกษาใหม่ gatorbulin-1 แสดงให้เห็นว่ามีฤทธิ์ต้านมะเร็งอย่างมีนัยสำคัญและมีศักยภาพที่จะพัฒนาเป็นยาตัวใหม่ได้ Luesch และ Paul เข้าใจว่า GB1 มีความสำคัญต่อมนุษย์อย่างไร แต่ก็ยังไม่ชัดเจนนักว่าไซยาโนแบคทีเรียใช้อย่างไร
“ธรรมชาติได้ปรับสารประกอบเหล่านี้ให้เหมาะสมแล้ว และในบางกรณี เราไม่รู้ว่าเพื่ออะไร” พอลกล่าว “ความรู้สึกที่แข็งแกร่งของฉันในฐานะนักนิเวศวิทยาทางเคมีคือพวกมันถูกสร้างขึ้นมาเพื่อจุดประสงค์ Gatorbulin-1 ไม่ได้ถูกสร้างมาเพื่อเป็นยาต้านมะเร็งหรือเป้าหมายที่มนุษย์ แต่ความเป็นพิษต่อเซลล์ทำให้เกิดจุดประสงค์บางอย่างในไซยาโนแบคทีเรียตามธรรมชาติ”
เส้นทางจากมหาสมุทรสู่ห้องปฏิบัติการ
สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินที่ได้รับการระบุอย่างไม่แน่นอนว่าเป็นLyngbya confervoidesถูกค้นพบเมื่อสิบกว่าปีที่แล้วเมื่อ Paul เริ่มรวบรวมสายพันธุ์นี้เป็นครั้งแรก เธอเห็นได้อย่างรวดเร็วว่ามันผลิตสารประกอบต่างๆ มากมาย เธอจึงส่งตัวอย่างไปให้ Luesch ผู้ร่วมงานของเธอเพื่อทำการศึกษาเพิ่มเติม
แต่การหาสารประกอบใหม่ เช่น GB1 และการเรียนรู้มากพอที่จะพูดได้อย่างมั่นใจว่ามีศักยภาพที่จะเป็นยาใหม่อาจเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานาน ซึ่งไม่รวมเวลาเพิ่มเติมและการทดสอบที่ใช้ในการเปลี่ยนสารประกอบ เป็นยาที่ปลอดภัย ได้รับการรับรอง และใช้งานได้จริง
ส่วนแรกของกระบวนการคือการแยกสารประกอบและแสดงให้เห็นว่าสารประกอบบริสุทธิ์สามารถฆ่าเซลล์มะเร็งได้อย่างเลือกสรร จากการค้นพบนี้ ทีมของ Luesch ได้ทำงานเพื่อหาวิธีการสังเคราะห์สารประกอบในห้องปฏิบัติการ การมีวิธีที่เชื่อถือได้ในการผลิต GB1 เป็นสิ่งสำคัญในการดำเนินการศึกษาเชิงลึก
“โดยปกติเราไม่สามารถออกไปเก็บไซยาโนแบคทีเรียได้อย่างต่อเนื่อง” Luesch กล่าว “การดำน้ำและการดำน้ำตื้นนั้นสนุก แต่ท้ายที่สุดแล้ว คุณโชคดีหากพบว่ามีสิ่งมีชีวิตเพียงพออีกครั้งเพื่อแยกวัสดุที่เพียงพอสำหรับการศึกษาขั้นสูง ในฐานะนักเคมีอินทรีย์ เราสามารถสร้างโมเลกุลธรรมชาติเหล่านี้ขึ้นใหม่ในปริมาณที่มากขึ้นในห้องปฏิบัติการโดยไม่ต้องพึ่งพาไซยาโนแบคทีเรีย”
ความแปลกใหม่ของ GB1 ได้เพิ่มขั้นตอนเพิ่มเติมในกระบวนการสังเคราะห์ “มีหลายวิธีในการรวมโมเลกุลเข้าด้วยกัน และคุณไม่จำเป็นต้องรู้ล่วงหน้าว่าอะไรคือวิธีที่ดีที่สุด” Luesch กล่าว
ต่อไป ทีมของ Luesch ได้ทดสอบสารประกอบนี้กับเซลล์มะเร็งที่แตกต่างกันจำนวนมากเพื่อค้นหาว่า GB1 ทำงานอย่างไร ทีมงานพบว่า GB1 ตั้งเป้าไปที่โปรตีนในเซลล์ที่เรียกว่าทูบูลิน ซึ่งเป็นโปรตีนที่เซลล์ต้องการระหว่างการแบ่งเซลล์และใช้เพื่อสร้างโครงภายใน แม้ว่าจะมียาเคมีบำบัดที่กำหนดเป้าหมายไปยังทูบูลินอยู่แล้ว แต่ Luesch และผู้ทำงานร่วมกันในสเปนแสดงให้เห็นว่า GB1 นั้นมีความพิเศษเพราะมันมีปฏิสัมพันธ์กับทูบูลินในรูปแบบใหม่
ตอนนี้ Luesch, Paul และทีมของพวกเขาต่างกระตือรือร้นที่จะดูว่า GB1 มีศักยภาพในโลกแห่งความเป็นจริงที่จะกลายเป็นยารักษามะเร็งหรือไม่
“ในที่สุด เราต้องการการศึกษาทางเภสัชวิทยา พิษวิทยา และประสิทธิภาพเพิ่มเติม เพื่อดูว่า gatorbulin-1 มีประสิทธิภาพเป็นอย่างไรเมื่อเทียบกับสารประกอบอื่นๆ” Luesch กล่าว
ความสามารถในการรักษาของสงครามชีวเคมี
นักเคมีอินทรีย์มักหันเข้าหาธรรมชาติเพื่อการวิจัยการค้นพบยา ตัวอย่างเช่น สารประกอบจากสิ่งมีชีวิตบนบก เช่น พืชและเชื้อรา ได้นำไปสู่ยาที่สำคัญ เช่น เพนิซิลลิน ซึ่งปัจจุบันกลายเป็นยาหลักสำหรับยาแผนปัจจุบัน แต่มหาสมุทร ซึ่งประกอบเป็นเกือบสามในสี่ของพื้นผิวโลก ส่วนใหญ่ยังไม่ ได้สำรวจ
“เรามีกลุ่มของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในมหาสมุทรที่ไม่มีอยู่บนบกและได้รับแรงกดดันด้านวิวัฒนาการที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเมื่อเวลาผ่านไป” พอลกล่าว
เช่นเดียวกับไซยาโนแบคทีเรีย สัตว์ทะเลหลายชนิดไม่มีการป้องกันทางกายภาพและมีการพัฒนาสารเคมีเพื่อการป้องกันและการสื่อสาร
“มันเป็นการทำสงครามเคมีในมหาสมุทรจริงๆ” Luesch กล่าว “ยิ่งมีการทำสงครามหรือการสื่อสารมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งดีสำหรับเราเท่านั้น เพราะมันหมายถึงสารประกอบที่ออกฤทธิ์มากขึ้น ซึ่งเราสามารถพยายามนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์สำหรับมนุษยชาติได้”
สารประกอบที่พัฒนาแล้วและไม่ได้ศึกษาทั้งหมดเหล่านี้อาจเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับนักวิจัยที่ต้องการพัฒนายาใหม่
“จากมุมมองของนักเคมี แม้ว่าฉันจะเป็นนักนิเวศวิทยาทางเคมี ความหลากหลายทางชีวภาพนี้ก็เท่ากับความหลากหลายทางเคมี” พอลกล่าว “คุณสามารถพบชุดของสิ่งต่าง ๆ ในมหาสมุทรที่เราไม่เคยแม้แต่จะฝันถึง”
