由化學家沈犇（Ben Shen）博士領導的研究小組在《自然-化學生物學》（Nature Chemical Biology）雜誌上發表文章，介紹了他們發現的兩種新型酶，它們具有獨特的有用特性，有幫助對抗包括癌症在內的人類疾病。這項發現於上週發表，為研究和製造複雜的天然化學物質（包括那些可以成為藥物的化學物質）提供了更簡單的方法。

在赫伯特-韋特海姆-斯克里普斯大學生物醫學創新與技術研究所（The Herbert Wertheim UF Scripps Institute for Biomedical Innovation & Technology）收集的自然標本中，數以千計的細菌菌株中沉睡著幾個易碎的小瓶，裡面裝著一些意想不到的東西，可能非常有用。

化學教授沈犇博士是赫伯特-韋特海姆加大斯克里普斯生物醫學創新與技術研究所天然產品發現中心的主任。該中心擁有世界上最大的微生物天然化學物質收藏館之一。來源：斯科特-懷斯曼

該研究所的天然產品發現中心是世界上最大的微生物天然產品收藏中心之一。

「很少人意識到，美國食品藥物管理局批准上市的抗生素和抗癌藥物中，有近一半是天然產物或受其啟發，」沈說。”大自然是製造這些複雜天然產物的最佳化學家。我們正在應用現代基因組技術和計算工具來了解它們迷人的化學和酶學，這正以前所未有的速度推動著研究的進展。這些酶是最新的激動人心的例子。”

在赫伯特-韋特海姆-斯克里普斯大學生物醫學創新與技術研究所天然產品發現中心的玻璃瓶中，科學家發現了兩種有用的新酶，它們可能有助於他們創造治療癌症和其他疾病的藥物。來源：斯科特-懷斯曼

發現的酶的獨特性質

研究小組發現的這兩種酵素有一個好聽的名字，雖然有些拗口。它們被稱為”無輔因子含氧酶”。這意味著細菌酶從空氣中提取氧氣並將其融入新的化合物中，而不需要典型的金屬或其他輔助因子來啟動必要的化學反應。

這種合成防禦性物質的新方法將帶來生存優勢，使生物體能夠抵禦感染或入侵者。論文的第一作者、博士後研究員桂淳（Chun Gui）博士和愛德華-卡爾克魯特（Edward Kalkreuter）博士說，由於酶對化學家的作用就像鑽頭或鋸條對木匠的作用一樣，它們為科學家提供了創造有用物質的新方法。

Gui和Kalkreuter說，最直接的是，TnmJ和TnmK2這兩種酶的發現解開了一個揮之不去的謎團，即沈的實驗室在2016年首次發現的一種潛在抗生素和抗癌化合物Tiancimycin A是如何獲得如此強效的。

Gui 說，這種酵素能使細菌產生靶向和分解DNA 的化合物。這對抵抗病毒或其他病菌–或殺死癌症–將大有裨益。

Tiancimycin A：一種強效化合物

Tiancimycin A正在作為癌症標靶抗體療法的一部分進行開發。這類抗體藥物聯合療法是一種快速發展的抗癌新方法。但是，將Tiancimycin A用作抗體有效載荷的關鍵步驟是製造足夠的抗體，以便進行更大規模的研究。事實證明，這具有挑戰性。

Gui說：「即使我們確定了負責編碼Tiancimycin A的基因，也無法預測合成Tiancimycin A所需的幾個步驟。本研究中描述的兩種酶非常不尋常」。

Tiancimycin A最早是在一種生活在土壤中的細菌中發現的，這種細菌是天然產品發現中心菌種庫中的一種鏈黴菌。為了製造這種強力化學武器，這種生物必須解決一個問題。它必須以某種方式破壞三個高度穩定的碳-碳鍵，並用活性更高的碳-氧鍵取而代之。長久以來，科學家們都不明白這種細菌是如何做到這一點的。

揭開收集的潛力

要破解這個謎團，需要在研究所天然產品發現中心收集的12.5萬個細菌菌株中找到其他能產生類似Tiancimycin A天然產物的細菌，並分析它們的基因組，尋找進化的蛛絲馬跡。

這批歷史悠久的菌種長期以來一直存放在一家製藥公司的地下室裡，是在青黴素被發現後的幾十年裡，科學界滿懷希望地急於找到下一種偉大的抗生素而收集起來的。多年來，這些收藏品產生了幾種具有重要歷史意義的藥物，包括結核病抗生素鏈黴素和器官移植藥物西羅莫司。但館藏的大部分凍乾細菌菌株一直靜靜地躺在玻璃瓶中，無人問津。

2018年，沈犇贏得了一項關於該菌種的競賽，從而可以在學術環境中對其進行全面研究，使其向科學開放。他的團隊目前正在開發研究菌株的方法，讀取它們的基因組，並將資訊存入可搜尋的資料庫，供科學界存取。現代基因組定序和生物資訊技術證明，在他們研究的每一株細菌中，可能有多達30個有趣的基因簇，其中許多基因編碼的天然產物是科學家以前從未記錄過的。

未來前景與影響

沈說，新的無輔助因子酵素的發現只是Wertheim UF Scripps研究所收藏的化學財富的最新例證。它們的發現激發了人們對進一步研究這種獨特化學演化的原因及其可能證明有用的方式的新熱情。

“這篇論文強調了大自然仍然給我們帶來了許多驚喜，”沈說，”它可以教給我們許多關於基礎化學和生物學的知識，並為我們提供所需的工具和靈感，使我們能夠將實驗室的研究成果轉化為影響社會的藥物，解決人類面臨的許多問題。”