如何从亿万种化合物中快速找到新的自然产物？探索海洋微生物，科学家找到了答案

微生物天然产物来自于微生物，或微生物，是当今许多基本药物的来源，包括大多数抗生素。微生物太小，没有显微镜就无法看见，并且在其生命周期中会产生各种各样的化合物。传统上，这些化合物是使用“微生物优先”的方法发现的，即在实验室中从野外采集的样本中培养单个菌株。虽然这种方法很有效，但研究人员用它来发现新的化学“支架”（作为化合物构建的基础）却变得越来越困难。

过去几十年来，用“微生物优先”的方法寻找新东西真的非常困难，这种方法本质上将我们限制在相同或相似的细菌菌株及其化学化合物中，而这些化合物仅代表了海洋中自然多样性的一小部分。这就是 SMIRC（小分子原位树脂捕获的新技术 “in situ resin capture”） 的作用所在，它让我们能够探索未知领域。

它使用了一种名为 HP-20 的吸收树脂，它就像海绵一样吸收微生物释放的化学物质。作为测试，研究人员在圣地亚哥附近海草覆盖的地区使用了 SMIRC。从收集到的化学物质中，他们发现了一种抗生素化合物，还有一种名为金圣草醇的化学物质，它是一种具有抗菌特性的植物物质。

然后使用 SMIRC 的改良版本，将 HP-20 与琼脂（一种促进微生物生长的物质）混合。第二次实验发现了 aplysiopsene A，这表明 SMIRC 技术在回收化合物方面继续取得成功。

第三次测试在卡布里洛国家纪念碑的海洋保护区中使用了 SMIRC。该技术收集了含有更复杂化学混合物的更大样本。

海洋是地球上探索最少的地区之一，尤其是深海，我们对海洋微生物及其产生的化合物知之甚少。借助 SMIRC，我们现在拥有一个易于部署的系统，使研究人员能够研究以前无法研究的化合物。

参考文献：Alexander Bogdanov, Mariam N. Salib, Alexander B. Chase, Heinz Hammerlindl, Mitchell N. Muskat, Stephanie Luedtke, Elany Barbosa da Silva, Anthony J. O’Donoghue, Lani F. Wu, Steven J. Altschuler, Tadeusz F. Molinski, Paul R. Jensen. Small molecule in situ resin capture provides a compound first approach to natural product discovery. Nature Communications, 2024; 15 (1) DOI: 10.1038/s41467-024-49367-x

一、新方法的原理是什么？

想象一下，我们想从一个大宝箱里找到一些珍贵的宝石。传统的方法是先把宝箱里的东西全部倒出来，然后一件一件地筛选。

而新方法原位树脂捕获“in situ resin capture”，就像是在宝箱里直接放进一个能吸附宝石的网，这样，当我们把网拿出来的时候，宝石就被牢牢地粘在了上面。这种方法直接在产物产生的环境中进行捕获，比如海洋沉积物、土壤等。不需要将样品进行复杂的预处理，直接在原生态环境中进行捕获，最大程度地保留了化合物的原始信息。

新方法比传统方法更快地发现新的天然产物，可以从各种各样的环境中提取化合物，包括那些传统方法难以触及的地方，避免了样品在提取过程中的降解，有可能发现一些之前从未报道过的化合物。

不过，这种方法需要使用特殊的树脂，这种树脂就像是一个分子级的“吸铁石”，能特异性地吸附我们感兴趣的化合物，比如天然产物。不同的化合物需要选择不同的树脂，这需要一定的经验和优化。在复杂的环境中，其他物质可能会干扰树脂对目标化合物的吸附。捕获到的化合物需要通过进一步的分析才能确定其结构。

总结来说，原位树脂捕获是一种非常有前景的天然产物发现方法。它不仅提高了发现效率，而且拓展了研究范围。

二、这项研究的意义

在环境保护方面，利用这项研究可以快速、准确地检测环境中的污染物，有助于及时发现并治理环境问题；通过对环境样本的分析，可以发现新的生物标志物，用于监测生态系统的健康状况； 可以从各种各样的环境中提取化合物，有助于深入了解生物多样性；通过发现新的具有生物活性的化合物，可以开发出新的生物修复技术，用于治理污染环境。

在生态研究方面，利用这项研究可以从自然界中发现大量的具有生物活性的化合物，为新药研发提供丰富的资源； 通过对捕获的化合物的结构分析，可以揭示生物合成途径，为合成生物学研究提供新的思路；可以研究生物与环境之间的相互作用，揭示生物适应环境的机制。

也可以应用于食品安全、农业、材料科学等领域。

这项研究的意义在于，它为我们提供了一种高效、环保的方法来探索自然界中的化学多样性。通过这种方法，我们可以发现大量的具有潜在应用价值的化合物，为解决人类面临的诸多挑战提供新的思路和途径。

三、问题思考

如何设计合成具有更高选择性、稳定性、和环境友好性的树脂材料？是否可以通过引入功能基团，提高树脂对特定类型化合物的捕获效率？如何评价不同树脂材料对环境的影响，并选择最优的材料？是否可以通过结合其他分离技术（如液相色谱），进一步提高捕获的纯度？如何实现自动化和高通量的树脂捕获过程？是否可以开发出针对特定需求的新型筛选模型等等问题。

这些有趣的问题，就交给你们了~~~

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