Nat Commun：揭示自然界中阿卡波糖的完整生物合成途径

作为一种重要的2型糖尿病药物，阿卡波糖（Acarbose）由拜耳公司开发，自1996年以来一直在市场上销售。阿卡波糖来自土壤中的细菌，但直到现在它的生物合成途径还不为人所知。根据国际糖尿病联合会的统计，2型糖尿病影响着全球近5亿成年人。

在一项新的研究中，来自美国俄勒冈州立大学的研究人员解释了阿卡波糖是如何在自然界中制造的，这为通过生物技术改进生产打开了大门。这一发现特别重要，因为全球对这种药物的需求正随着2型糖尿病的发病率而上升。相关研究结果于2022年6月15日发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“Complete biosynthetic pathway to the antidiabetic drug acarbose”。论文通讯作者俄勒冈州立大学药学院的Taifo Mahmud博士。

2型糖尿病经常与肥胖和较低的体力活动有关，是一种严重的代谢性疾病，大约每10个美国人中就有一个受到影响。它以前被称为成人发病的糖尿病，是一种影响身体代谢葡萄糖的方式的慢性疾病。

对于一些患者来说，这意味着他们的身体不能对胰腺分泌的胰岛素做出正确的反应---它抵制胰岛素的作用。在疾病后期，也就是胰腺出现功能衰竭时，患者不能产生足够的胰岛素来维持正常的葡萄糖水平。在这两种情况下，葡萄糖都会在血液中积聚，如果不加以治疗，就会损害许多主要器官，有时达到致残或危及生命的程度。

阿卡波糖通过抑制α-葡萄糖苷酶使血糖水平正常化---它通过阻止面包、土豆和意大利面等淀粉类食物的分解和减缓一些糖类的肠道吸收，帮助人们在进食后保持血糖不会上升过快。

阿卡波糖来自游动放线菌（Actinoplanes）和几种其他的土壤细菌菌株。它是第一个被批准在美国和欧洲使用的α-葡萄糖苷酶抑制剂。

放线菌SE50/110中阿卡波糖的生物合成。图片来自Nature Communications, 2022, doi:10.1038/s41467-022-31232-4。

Mahmud说，“尽管阿卡波糖具有重要的治疗意义，但它是如何在自然界中被制造出来的，这一点还没有被完全理解。我们的研究不仅揭示了这种高价值药物是如何在自然界中制造的，而且还为进一步改进阿卡波糖的工业生产提供了一个平台---例如，通过修改这些生产性的细菌的DNA或通过其他生物技术方法。这意味着从科学和工业的角度来看，了解其完整的生物合成途径是非常重要的。”

Mahmud补充说，仍然未知的是为什么土壤细菌会产生阿卡波糖---这种化合物对它们有什么作用？一些人假设，它在细菌的细胞内和细胞外空间之间起到了运输糖类的作用，或者它可以保护细菌不受其他生物的碳水化合物降解酶的影响。他说，“对于自然环境中的这些生产性的细菌来说，它的功能到底是什么，仍然是未来研究的一个令人兴奋的话题。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Takeshi Tsunoda et al. Complete biosynthetic pathway to the antidiabetic drug acarbose. Nature Communications, 2022, doi:10.1038/s41467-022-31232-4.