【國際土壤年專題】公民科學齊心合力在土裡淘金--開發新藥新運動

■土壤裡有許多有趣的微生物DNA,透過公民科學家的力量,未來可能會發現更多有用的新藥!

(Photo : Oregon Department of Transportation)
(Photo : Oregon Department of Transportation)

撰文|黃貞祥

生物多樣性之父,哈佛演化生物學家愛德華.威爾遜(E. O. Wilson)是世界螞蟻的權威,他在自傳《大自然的獵人:博物學家威爾森》(Naturalist)表示,如果他還能再選擇研究的對象,他可能會選擇研究土壞裡的微生物,雖然它們通常不受關注,可是生物多樣性卻更加豐富!

藉著DNA定序技術的進步,以及網路的便利,科學家終於能夠開始好好瞭解土壤裡好幾乎無窮的微生物了!美國洛克菲勒大學的微生物學家Sean Brady等人獲得來自五大洲的公民科學家的協助,參與了他們的「Drugs from Dirt」的計畫,讓他們共收集了185份土壤樣本並且從中萃取了DNA作分析。

他們的目標是在從世界各地的土壤裡尋找有趣的微生物DNA,試圖從中尋找能夠製造新抗生素或抗癌藥物的微生物。他們有大約四分之一的樣本是來自公民科學家,如果沒有後者的參與,這個計畫的費用將會極其昂貴,單單旅費就會叫人吃不消,更甭提時間成本。世界各地的公民科學家,只需要挖一些土裝在塑膠袋郵寄給他們。土壤的採樣地點有海灘、森林、沙漠、洞穴、島嶼和溫泉等等。

我們過去僅瞭解細菌生產的成千上萬種化合物的一小部分而已,因為只有極少量土壤細菌能夠在實驗室裡培養,他們希望能從世界各地的土壤樣本中發現實驗室前所未有的化合物。雖然離上千個土壤樣本的理想仍有距離,可是他們已經有了令人驚喜的發現。他們發現來自美國新墨西哥州發現了能夠製造「依波縮黴素」(epoxomicin)類似的分子的基因。依波縮黴素是選擇性蛋白酶抑制劑,有抗發炎的活性。

來自巴西的土壤,可能含有一個能夠製造一種抗癌藥物「博來黴素」(又名博萊黴素、爭光黴素,bleomycin)類似成份的基因。博來黴素是一種由輪枝鏈黴菌(Streptomyces verticillus)產生的糖肽類抗生素,中文商品名為「撲類惡注射劑」,通過與DNA結合引起核酸鏈斷裂而起作用。博來黴素主要被用於治療霍奇金氏淋巴瘤、鱗狀細胞癌和睾丸癌,同時也被外用於疣,及用於胸膜粘連術;來自美國西南部的土壤,則可能含有製造類似「立福黴素」(rifamycin)的基因,可能可以治療抗藥性結核分枝桿菌引起的對多種藥物抗藥性之慢性肺結核。

就在不久之前,美國波士頓東北大學的Kim Lewis等人利用了新技術成功從土壤裡培養出能產生新抗生素Teixobactin的細菌Eleftheria terrae,是這卅年來首度發現的新抗生素!相信土壤微生物肯定還會帶給我們更多更預想不到的驚喜!

希望一起共襄盛舉的朋友,請到他們的網站「 Drug from Dirt」填寫資料,如果有需要,他們會聯絡您,告訴您要如何採樣和寄送樣本。

原學術論文:
Charlop-Powers Z, et al. Chemical-biogeographic survey of secondary metabolism in soil. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Mar 11;111(10):3757-62. doi: 10.1073/pnas.1318021111. Epub 2014 Feb 18.
Charlop-Powers Z, et al. Global biogeographic sampling of bacterial secondary metabolism. Elife. 2015 Jan 20;4. doi: 10.7554/eLife.05048. [Epub ahead of print]

參考資料:
Penny Sarchet. Citizen scientists sift soil for new antibiotics. New Scientist.com. 20 January 2015.
Michelle Roberts. Drugs in dirt: Scientists appeal for help. BBC News. 20 January 2015.
Brian Stallard. Searching Soil for an Antibiotic Savior. Nature World News. Jan 20, 2015.
Drugs from dirt: Scientists develop first global roadmap for drug discovery. Phys.org. Jan 20, 2015.
Searching for drugs in dirt, researchers call on citizen scientists. Phys.org. May 19, 2014.

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作者:黃貞祥 現於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育 生物學研究。科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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