民科参与、“众筹”样本，这种药物研发很亲民

民间科学家，简称“民科”，是指那些并非职业科研工作者，但又发自内心热爱科学，喜欢利用业余时间投入其中的一类人。与之对应的，是“学院派”的职业科学家。二者在很多大众关注的科研问题上时有互怼。但其实“学院派”和“民科派”并非总是格格不入，相反，大家所占有的资源、思考问题的方式甚至可以互补。这不，作为“学院派”的代表，美国俄亥俄大学的天然药物学家Robert H. Cichewicz就向“民科”伸出橄榄枝，希望两者携起手来，共同攻克药物开发的难题。

Robert H. Cichewicz博士。图片来源于网络[1]

Cichewicz一直致力于从土壤真菌中开发有药用价值的天然先导化合物。他是一位非常有想法的科学家，曾创造性地在真菌培养基中加入美国人早餐中常见的燕麦圈食品——Cheerios，还取得了很好的效果。

在开发土壤真菌资源的过程中他深刻认识到，土壤中还有大量真菌资源未被开发（已开发真菌大约只占总量的5%），单靠科研团队力量收集资源是远远不够的。于是他想到了一个妙招——向全美“民科”发起众筹土壤样品的活动，这项活动的全称是“民众科学土壤收集项目（citizen science soil collection program）”。

Cichewicz团队的“民众科学土壤收集项目”介绍网站。图片来源于网络[2]

为此，他们在推广介绍这个项目方面精心策划了文案。征集样品的招募宣言既真实感人又极具号召力：“发现的秘钥就在您脚下……无论您生活在大都市、小乡村，哪怕原始荒野……您院子里那一捧土壤很可能非常独特，它也许就是新种属真菌独一无二的栖身之所。这意味着您的土壤样品可能会帮助我们找到一种对人们生活有积极影响的化合物，这类化合物将有望用于治疗抗生素耐药性感染、卵巢癌、儿科癌症、疟疾以及其它许多毁灭性疾病……伟大的科学往往诞生自伟大的合作……我们只恳求您从院子里给我们送来一小勺土壤，这一简单而重要的行动将帮助我们团队继续探索真菌作为新药来源的旅程……”。

Cichewicz团队征集土壤样品的介绍网站。图片来源于网络[3]

他们还在网站上录制视频详细讲解如何采集土壤样品，并给每一位参与的“民间科学家”寄去成套采样工具。项目的参与者们可以通过采样地址或样品编号（ID）查阅到自己样品的研究进展。例如，真菌在固体培养基上的生长表型、真菌的种属分类，以及从中分离到的化合物结构和及其药用价值等。

Cichewicz团队网站中样品研究进展信息。图片来源于网络[4]

还真别说，这个“众筹”项目推进的很顺利，Cichewicz团队也颇有收获。他们用斑马鱼表型筛选模型对收集到的384株土壤真菌样品提取物进行筛选，其中一株采集自Oklahoma州Lawton市、样品编号为10263、种属鉴定为青霉菌的提取物，对斑马鱼胚胎有运动麻痹作用，暗示其产物有中枢神经系统扰乱作用。

从Cichewicz团队网站查到的样品10263信息。图片来源于网络[5]

考虑到乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂azinphosmethyl（AZM）在斑马鱼胚胎表型实验中显示同样的运动麻痹效果。他们认为这株编号为10263的青霉可能含有乙酰胆碱酯酶抑制剂类化合物，而乙酰胆碱酯酶抑制剂家族成员已被用于临床治疗膀胱扩张、青光眼、血管性痴呆和阿尔茨海默症等疾病，尤其是目前临床上批准用于治疗阿尔茨海默症的大多数药物是乙酰胆碱酯酶抑制剂。这使得他们对这株青霉的次级代谢产物产物了浓厚兴趣。

斑马鱼表型筛选真菌提取物的实验。图片来源：J. Nat. Prod. [6]

为了进行分离纯化，Cichewicz团队将青霉培养在他们独创的Cheerios早餐麦片培养基上，用乙酸乙酯提取菌丝体。乙酸乙酯提取物经过生物活性导向的分离纯化，共鉴定出14个meroterpenoids类化合物。其中化合物1-3、6、7、9、10是已知arisugacins类，化合物11是已知terreulactone类，化合物4、5、8和12-14是新的arisugacins类化合物，分别命名为arisugacins L-Q。这些化合物的平面结构是通过核磁波谱结合高分辨质谱分析数据来确定的，绝对立体构型则通过改良Mosher方法，以及圆二色谱理论计算值和实验值比对来确定。

14个meroterpenoids类化合物结构。图片来源：J. Nat. Prod. [6]

他们将纯化后的化合物再次进行斑马鱼胚胎表型变化评价，并进行了体外胆碱酯酶抑制剂活性测试。化合物12在体内测试中能诱导产生肌节结构缺陷，而肌节是对运动至关重要的分生组织肌肉，同时化合物12在体外表现出选择性乙酰胆碱抑制活性，半抑制浓度（IC50）是191 nM。这表明Cichewicz团队通过向“民间科学家”发起的“众筹”土壤项目得到的新型arisugacin化合物有强效和特异性乙酰胆碱酯酶抑制活性，可以为开发更好的临床乙酰胆碱酯酶抑制剂提供线索。

新型arisugacin化合物显示乙酰胆碱酯酶抑制剂活性。图片来源：J. Nat. Prod.[6]

“独乐乐，不如与众乐”，有时候科学研究也可以大众化，并从社会大众中汲取营养，获得帮助。对科学的热爱是深深植根于每个人内心的，不管你从事什么职业，或者你的职业与科学研究有没有直接联系，都如同Cichewicz团队所言：“科学藏于汝心”。

参考资料：

1.https://whatsinyourbackyard.org/about/

2.https://shareok.org/handle/11244/28096

3.https://whatsinyourbackyard.org/

4.https://shareok.org/handle/11244/44310

5.https://shareok.org/handle/11244/300790

6.Cholinesterase Inhibitory Arisugacins L−Q from a Penicillium sp. Isolate Obtained through a Citizen Science Initiative and Their Activities in a Phenotype-Based Zebrafish Assay. J. Nat. Prod. 2019, 82, 9, 2627-2637, DOI: 10.1021/acs.jnatprod.9b00563

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jnatprod.9b00563

导师介绍

Robert H. Cichewicz

https://www.x-mol.com/university/faculty/6345

（本文由水村山郭供稿）