Korallrev har en otrolig mångfald av liv, både havsdjur vi kan se och mikrobiellt liv som vi inte kan. Dessa organismer genererar ett enormt antal molekyler när de äter mat, fotosyntetisera, reproducera och avvärja infektioner. Forskare har identifierat flera korallrev -härledda molekyler som har medicinska egenskaper, såsom sekosteroider, vilka är steroidföreningar som används för att behandla inflammatoriska störningar; eller den kemiska föreningen bryostatin 1, härstammar från en ryggradslös korallrev som är känd som bryozoner och utvärderas som en behandling för Alzheimers sjukdom.

Ändå är många tusen fler korallrevmolekyler med medicinsk potential okända för vetenskapen. En studie som leds av biologer från San Diego State University beskriver en lovande ny metod för screening av revlivets molekylära produktion för viktiga kemiska egenskaper, vilket skulle kunna göra det mycket lättare att identifiera nästa generation av läkemedel som härrör från korallrev och bättre förstå mångfalden av molekyler som finns i havet.

"Vi vet vad så få av dessa molekyler är och vad de gör, "sa tidningens huvudförfattare, Aaron Hartmann, en postdoktor med två gånger vid SDSU och Smithsonian Institution. "Det är en ganska stor vägspärr för att utveckla terapeutiska läkemedel som härrör från dem."

Hartmann ledde studien tillsammans med SDSU -biologen Forest Rohwer och kollegor från University of California, San Diego; National Oceanic and Atmospheric Administration; European Molecular Biology Laboratory i Heidelberg, Tyskland; Imperial College London; CARMABI Foundation Curaçao; universitetet i Amsterdam, och Bangor University i Wales. Rohwer leder SDSU Viral Information Institute, en världsledare inom viral ekologisk forskning.

Molekylära fingeravtryck

Arbetar med kemisten Pieter Dorresteins laboratorium vid Skaggs School of Pharmacy vid UC San Diego, forskarna analyserade vävnadsprover från koraller, alger och svampar som samlats in av Rohwer och andra på korallrev nära de avlägsna Line Islands i centrala Stilla havet. De isolerade varje organisms molekyler och skickade dem genom ett instrument som kallas en masspektrometer som mätte varje molekyls massa. Nästa, de bröt isär molekylerna med en laser och mätte massorna av dessa bitar.

Molekyler tenderar att bryta isär på förutsägbara sätt, så genom att mäta massan av dessa kemiska bitar, forskarna kunde komma med en uppsättning "molekylära fingeravtryck" - mönster i de kemiska profilerna som pekar på närvaron av särskilda molekyler.

Dock, att veta sitt kemiska fingeravtryck ensam kan inte berätta vad en specifik molekyl gör om den inte har beskrivits tidigare. Databasen över kända molekyler representerar endast en mycket liten bråkdel av de molekyler som finns, Hartmann förklarade.

För att komma runt den begränsningen, forskarna använde sedan ett genialt trick. De använde en algoritm som skapades i Dorresteins laboratorium för att screena dessa molekylära fingeravtryck, och om de kemiska sammansättningarna av två okända molekyler var liknande, de flaggades som besläktade molekyler. Hartmann och Daniel Petras, en postdoktor vid UC San Diego, undersökte sedan de kemiska reaktionerna för dessa okända molekyler för att få en bättre uppfattning om hur de beter sig.

Denna analys hjälper till att besvara ett mångårigt mysterium inom marinbiologi:Varför har korallrev en så stor molekylär mångfald? Att jämföra även mycket närbesläktade organismer, forskarna upptäckte att alla hade olika molekylära fingeravtryck, tyder på att dessa organismer kan modifiera samma molekyler olika för att passa deras specifika biologiska nischer.

Med andra ord, även närbesläktade organismer kan möta olika hälsoutmaningar beroende på deras geografiska läge, till exempel, och därför justera deras molekyler bara något för att bättre försvara sig. Forskarna rapporterade sina resultat idag i Förfaranden från National Academy of Sciences .

Potentiellt terapeutiskt värde

"Molekylär relaterning kan berätta om de potentiella kemiska reaktionerna som uppvisas av dessa okända molekyler, "Sade Hartmann." Det, i tur och ordning, kan berätta något om deras potentiella terapeutiska värde. "

Så istället för att screena varje enskild molekyl en efter en för att se om den har medicinska egenskaper, denna teknik skulle göra det möjligt för forskare att upptäcka läkemedel lätt att leta efter kemiska egenskaper som uppvisas av kända läkemedel. Dessa nyupptäckta molekyler kan ha fördelar jämfört med kända läkemedel - mer potenta, till exempel, eller med färre biverkningar.

"Med denna metod, vi hålls inte tillbaka av det faktum att vår molekylära databas är ganska gles, "Sade Hartmann." Om du vet vilka kemiska reaktioner som är viktiga, du kan sedan leta efter molekyler med dessa egenskaper. "