“ของขวัญวิเศษจากจุลินทรีย์มีโครงสร้างโมเลกุลอะไรบ้าง วิเคราะห์ได้เร็วและง่ายขึ้น!
สัมภาษณ์ 12
ผู้อำนวยการศาสตราจารย์
สถาบันอนุสรณ์โอมุระ ซาโตชิ
บัณฑิตวิทยาลัยวิทยาศาสตร์การควบคุมการติดเชื้อ มหาวิทยาลัยคิตะซาโตะ
ศาสตราจารย์ โทชิอากิ ซูนาซึกะ
“ของขวัญวิเศษจากจุลินทรีย์มีโครงสร้างโมเลกุลอะไรบ้าง วิเคราะห์ได้เร็วและง่ายขึ้น!
Omura Satoshi Memorial Institute แห่งมหาวิทยาลัย Kitasato ยังคงค้นพบสารประกอบใหม่ๆ อย่างต่อเนื่องทุกปี โดยยึดแนวคิดการวิจัยของ Dr. Satoshi Omura ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 2015 เราได้สัมภาษณ์ Prof. Sunazuka ผู้อำนวยการเกี่ยวกับงานวิจัยของเขาเกี่ยวกับ ค้นหาผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่ผลิตโดยจุลินทรีย์เพื่อประเมินคุณสมบัติทางชีวภาพเพื่อค้นหาสารประกอบตะกั่ว
เดินทางไปยังเกาะห่างไกลและเขตลึกเพื่อค้นพบจุลินทรีย์ที่ไม่เคยมีมาก่อน
"Omura Group สนใจในสถานที่ที่ไม่ธรรมดาซึ่งเราสามารถพบจุลินทรีย์ใหม่ๆ ได้ เช่น เกาะห่างไกล เขตก้นลึกในทะเล และแม้แต่สถานที่เช่นน้ำพุร้อน..."
ศาสตราจารย์สุนะซึกะ ผู้อำนวยการสถาบันอนุสรณ์โอมุระ ซาโตชิ มหาวิทยาลัยคิตะซาโตะ อธิบายเหตุผลในการค้นหาจุลินทรีย์ที่ไม่รู้จัก จุลินทรีย์บางชนิดผลิตสารทุติยภูมิ (สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ) ซึ่งทำหน้าที่ป้องกันสิ่งมีชีวิตอื่นๆ สารประกอบเหล่านี้เป็นอาวุธสำคัญสำหรับจุลินทรีย์ในการอยู่รอดต่อ "ศัตรู" ของพวกมัน ตัวอย่างเช่น จุลินทรีย์ที่แข่งขันกันในตำแหน่งที่อยู่อาศัยของพวกมัน อย่างไรก็ตาม สารทุติยภูมิเหล่านี้มักมีศักยภาพทางยาที่อาจเป็นประโยชน์ต่อมนุษยชาติด้วย
ข้อมูลการวิเคราะห์ของ Ivermectin B1b
ตัวอย่างเช่น Merck & Co. ได้ตรวจสอบ actinomycetes ที่พบในดินที่รวบรวมโดย Dr. Satoshi Omura ในจังหวัดชิซูโอกะ ซึ่งผลิตสารทุติยภูมิที่มีประสิทธิภาพในการต่อต้านปรสิตเป็นพิเศษ ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาตินี้ได้รับการปรับปรุงทางการแพทย์โดยการดัดแปลงทางเคมีเพื่อผลิตไอเวอร์เมคติน ซึ่งเริ่มแรกใช้เป็นยาสำหรับสัตว์และต่อมาใช้กับมนุษย์ Ivermectin ช่วยลดการติดเชื้อที่เกิดจากปรสิตได้อย่างมาก เช่น onchocerciasis (ตาบอดแม่น้ำ) และโรคเท้าช้าง (ภาวะเรื้อรังที่อาจนำไปสู่โรคเท้าช้าง) ซึ่งแพร่หลายในเขตร้อนและพื้นที่อื่นๆ ดังที่หลายๆ คนทราบ ความสำเร็จเหล่านี้นำไปสู่การได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 2015
การค้นหาจุลินทรีย์ใหม่ๆ นั้นเป็นงานที่ยากในตัวเอง แต่การจะค้นพบยาได้นั้น จำเป็นต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติมอีกหลายขั้นตอน ระยะเริ่มแรกคือจุลินทรีย์เป้าหมายจะถูกแยกและเพาะเลี้ยงเพื่อประเมินคุณสมบัติทางชีวภาพของสารทุติยภูมิที่ผลิตขึ้นโดยจุลินทรีย์ หากฤทธิ์ทางชีวภาพของน้ำซุปที่เพาะเลี้ยงน่าสนใจและ/หรือมีแนวโน้มดี โครงสร้างทางเคมีของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติในน้ำซุปจะถูกวิเคราะห์ หากสารประกอบมีศักยภาพที่จะเป็นผู้นำสำหรับเคมีทางการแพทย์ เราจะดำเนินการตรวจสอบทางเคมีผ่านกระบวนการอนุพันธ์เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและความเป็นพิษที่ลดลง รวมถึงการศึกษาการสังเคราะห์ทั้งหมดเพื่อสร้างเส้นทางที่หลากหลายในการสำรวจพื้นที่ทางเคมีที่อยู่ติดกัน
แต่ละขั้นตอนเหล่านี้ต้องใช้ความเชี่ยวชาญที่มีความรู้และทักษะในระดับสูง ปัจจุบัน Omura Satoshi Memorial Institute ประกอบด้วยห้องปฏิบัติการ 2023 แห่งและศูนย์วิจัย 10 แห่ง (ข้อมูล ณ เดือนกรกฎาคม XNUMX) เมื่อมีการระบุผู้สมัครที่มีความหวัง หลายกลุ่มในสถาบันจะทำงานร่วมกันเพื่อเร่งการวิจัย เช่น การส่งกระบองในการวิ่งผลัด การทำงานเป็นทีมที่ดีดังกล่าวได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพมาก และพวกเขาก็ประสบความสำเร็จในการค้นพบผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติใหม่ๆ อย่างต่อเนื่องในอัตราประมาณ XNUMX สารประกอบต่อปี
สมุดสีเหลือง
ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่ดร.โอมูระและทีมงานของเขาได้ค้นพบจนถึงปัจจุบันได้รับการรวบรวมไว้ในหนังสือเล่มเล็กที่เรียกกันทั่วไปว่า "สมุดสีเหลือง" จำนวนสารประกอบในหนังสือมีประมาณ 500 ชนิด หรือประมาณ 200 ชนิด ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติหรืออนุพันธ์มากกว่า 20 รายการได้ถูกจำหน่ายในเชิงพาณิชย์เพื่อเป็นยาสำหรับสัตว์หรือมนุษย์ และเป็นตัวทำปฏิกิริยาสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ชื่อภาษาอังกฤษของหนังสือเล่มนี้คือ "Splendid Gifts from Microorganisms"
เร่งการวิเคราะห์โครงสร้างโมเลกุลที่ใช้เวลาหนึ่งปีให้เสร็จสิ้นได้รวดเร็วขึ้นอย่างมาก
ในบรรดาผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติในสมุดปกเหลือง มีหลายชนิดที่ยังไม่มีการอธิบายโครงสร้างโมเลกุล 3 มิติ โดยทั่วไป เมื่อเราพบสารประกอบที่น่าสนใจ เราต้องการทราบโครงสร้างโมเลกุลของมัน เนื่องจากจำเป็นต้องมีข้อมูลเพื่ออธิบายส่วนที่ก่อให้เกิดฤทธิ์ทางชีวภาพหรือเพื่อพัฒนาวิธีการสังเคราะห์
เพื่ออธิบายโครงสร้างโมเลกุลให้กระจ่าง วิธีการต่างๆ เช่น นิวเคลียสแมกเนติกเรโซแนนซ์สเปกโตรเมทรี (NMR) และการวิเคราะห์โครงสร้างเอ็กซ์เรย์เคยเป็นเรื่องปกติ ซึ่งก็เกิดขึ้นกับสถาบันอนุสรณ์โอมุระ ซาโตชิ แห่งมหาวิทยาลัยคิตะซาโตะเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การใช้การวิเคราะห์โครงสร้างเอ็กซ์เรย์ผลึกเดี่ยวทำให้สามารถระบุโครงสร้าง 3 มิติของโมเลกุลได้อย่างชัดเจนจากข้อมูลการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ อย่างไรก็ตาม คอขวดของวิธีนี้คือความจำเป็นในการเตรียมผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ (100um หรือมากกว่า) โดยไม่มีสิ่งเจือปน ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและผันผวน ทำให้ยากต่อการสร้างผลึกขนาดใหญ่ หลังจากการลองผิดลองถูกหลายครั้ง บางครั้งอาจใช้เวลาหกเดือนถึงหนึ่งปีก่อนที่จะได้รับข้อมูล
ในเดือนธันวาคม 2021 เครื่องวัดการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน "XtaLAB Synergy-ED" (ต่อไปนี้จะเรียกว่า "Synergy-ED") ได้รับการแนะนำโดยสถาบัน Omura Satoshi Memorial แห่งมหาวิทยาลัย Kitasato เครื่องมือนี้ใช้วิธีการที่เรียกว่า MicroED ซึ่งคือการฉายรังสีลำอิเล็กตรอนแทนรังสีเอกซ์ และใช้ข้อมูลการเลี้ยวเบนเพื่ออธิบายโครงสร้างโมเลกุล ได้รับการพัฒนาร่วมกันโดย Rigaku Corporation ซึ่งมีเทคโนโลยี X-ray diffraction และ JEOL ซึ่งมีเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน และระบบที่ส่งมอบให้กับสถาบันถือเป็นเครื่องแรกสุด
ข้อดีของ Synergy-ED คือสามารถทำการวิเคราะห์เชิงโครงสร้างของไมโครคริสตัลขนาดหลาย 10 นาโนเมตรถึงหลาย 100 นาโนเมตร นอกจากนี้ เนื่องจากพื้นที่เป้าหมายสำหรับการวัดมีขนาดเล็กมาก แม้ว่าจะมีสิ่งสกปรก จึงสามารถรับข้อมูลการเลี้ยวเบนที่เหมาะสมได้โดยการหลีกเลี่ยง โหลดและเวลาในการเตรียมตัวอย่างสามารถลดลงได้อย่างมาก คาดว่าจะเร่งกระบวนการวิจัยให้เร็วขึ้น
สารประกอบหลายชนิดได้รับการวัดโดยใช้ Synergy-ED ที่สถาบันอนุสรณ์ Omura Satoshi มหาวิทยาลัย Kitasato เนื่องจากช่วยให้อธิบายโครงสร้างโมเลกุลได้อย่างชัดเจนในช่วงเวลาสั้นๆ "เมื่อเรารายงานสารประกอบที่เพิ่งค้นพบในรายงาน เราก็สามารถติดโครงสร้างโมเลกุลไว้ในนั้นและทำให้รายงานน่าเชื่อถือมากขึ้น" (ศาสตราจารย์สุนาซึกะ).
Hakuhybotrol ซึ่งเป็นโพลีคีไทด์ที่ผลิตโดย Hypomyces pseudocorticiicola โดดเด่นด้วยความช่วยเหลือของ 3D ED/MicroED
เครื่องดนตรีที่ "แหวกแนว" ที่สุดในขณะนี้ - ความคิดของ Dr. Omura
การเปิดตัว Synergy-ED เกิดขึ้นจากการบริจาค มีผู้บริจาคเงินจำนวนหนึ่งซึ่งประทับใจที่ดร.โอมูระได้รับรางวัลโนเบล จำนวนเงินเพียงพอที่จะซื้อเครื่องดนตรีราคาแพงได้ ขณะที่ผู้อำนวยการสุนาซึกะกำลังคิดว่าจะซื้ออะไรด้วยเงิน และจะใช้มันอย่างไรให้ดีที่สุดเพื่อประโยชน์ของทุกคน ดร.โอมุระได้ร้องขออย่างหนึ่ง
"ตอนที่ฉันยังเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์แห่งโตเกียว ฉันสามารถเข้าถึงเครื่องสเปกโตรมิเตอร์เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ประสิทธิภาพสูง (NMR) คลื่นความถี่ 60 MHz ซึ่งเป็นเครื่องเดียวในญี่ปุ่นในขณะนั้น ฉันได้รับความรู้ความชำนาญในการใช้งานและ วิเคราะห์เครื่องมือนี้ ซึ่งทำให้ฉันมั่นใจในการกำหนดโครงสร้างของสารประกอบ สิ่งนี้กลายเป็นอาวุธที่ทรงพลังในอาชีพนักวิจัยในเวลาต่อมาของฉัน เนื่องจากเราได้รับเงินบริจาคอย่างล้นหลาม ทำไมเราไม่ซื้อเครื่องมือที่ "แหวกแนว" ที่สุด วันนี้ว่างไหม?” มันจะเป็นแรงกระตุ้นสำหรับนักวิจัยบางคนและเป็นอาวุธสำหรับคนอื่นๆ นอกจากนี้ยังใช้เป็นอนุสรณ์สถาน Omura Satoshi Memorial Institute มหาวิทยาลัย Kitasato อีกด้วย นี่คือสิ่งที่เขาคิดไว้เมื่อเขาพูด
จากเรื่องราวนี้ เมื่อผู้กำกับ Sunazuka กำลังมองหาเครื่องดนตรีที่ "แหวกแนว" เขาได้ยินมาว่า Synergy-ED อยู่ระหว่างการพัฒนาจึงตัดสินใจเปิดตัว
เทคนิค MicroED ที่ใช้ใน Synergy-ED เป็นวิธีการที่ค่อนข้างใหม่ ซึ่งประกาศเมื่อปลายปี 2013 โดยศาสตราจารย์ Tamir Gonen และเพื่อนร่วมงานของเขาที่ Howard Hughes Medical Institute ความสามารถในการวิเคราะห์โครงสร้างโมเลกุลของสารประกอบที่สามารถได้ผลึกที่มีขนาดเล็กเพียงไม่กี่ร้อยนาโนเมตรนั้นถือเป็นความแปลกใหม่อย่างแท้จริง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้องใช้ความรู้เกี่ยวกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและการวิเคราะห์โครงสร้างผลึก บางคนจึงอาจรู้สึกว่ายากสักหน่อย ถึงกระนั้น Synergy-ED ก็ยังเป็นเครื่องมือล้ำสมัยที่ขยายขอบเขตผู้ใช้ให้กว้างขึ้นโดยนำเสนอการไหลที่ราบรื่นตั้งแต่การวัดไปจนถึงการวิเคราะห์ ทำให้เป็นเครื่องมือการเลี้ยวเบนอิเล็กตรอนโดยเฉพาะที่สามารถใช้งานได้แม้โดยไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญก็ตาม
ในความเป็นจริง มหาวิทยาลัย Kitasato มีผู้คนมากมายได้สัมผัสประสบการณ์ Synergy-ED บางคนเป็นนักศึกษาระดับปริญญาตรี ไม่เพียงแต่นักวิจัยเท่านั้น แต่ยังรวมถึงนักศึกษาด้วยที่ตระหนักว่า "ใครๆ ก็สามารถอธิบายโครงสร้างโมเลกุลได้ตราบใดที่พวกเขาสามารถสร้างผลึกขนาดเล็กได้" และนี่กำลังกลายเป็นบรรทัดฐาน Synergy-ED อาจเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่สร้างมาตรฐานใหม่นี้
Yoshihiro Watanabe (นักวิจัย) ปฏิบัติการ Synergy-ED
ในอนาคต การวิเคราะห์หลายอย่างโดยใช้ Synergy-ED ได้รับการฉายที่สถาบันอนุสรณ์ Omura Satoshi
พวกเขาไม่เพียงต้องการช่วยใช้ผลลัพธ์ในการวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติใหม่และการพัฒนาเทคนิคการวิจัยใหม่ๆ เท่านั้น แต่ยังต้องการอธิบายโครงสร้าง 3 มิติทั้งหมดสำหรับผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติใน "สมุดสีเหลือง"
เราต้องการทำความเข้าใจถึงของประทานอันยอดเยี่ยมจากจุลินทรีย์อย่างเหมาะสมและยอมรับมัน การทำเช่นนี้เราอาจสามารถเข้าใจคุณค่าของของขวัญได้ดีขึ้น
JEOL NMR, "JNM-ECA500" ยังถูกใช้ที่ Omura Satoshi Memorial Institute, Kitasato University
โทชิอากิ ซึนาซึกะ
พ.ศ. 1988 ปริญญาเอก จากบัณฑิตวิทยาลัยเภสัชศาสตร์ มหาวิทยาลัยคิตะซาโตะ ปริญญาเอก สาขาเภสัชศาสตร์
ในปี 1990 หลังจากสำเร็จการศึกษาจากภาควิชาเคมี มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย เขาได้เข้าร่วมสถาบัน Kitasato หลังจากทำงานเป็นอาจารย์ประจำที่คณะเภสัชศาสตร์มหาวิทยาลัย Kitasato เขาก็ได้เป็นศาสตราจารย์ที่สถาบันวิทยาศาสตร์สิ่งมีชีวิต Kitasato มหาวิทยาลัย Kitasato และเป็นศาสตราจารย์ (พร้อมกัน) ที่บัณฑิตวิทยาลัยวิทยาศาสตร์การควบคุมการติดเชื้อ มหาวิทยาลัย Kitasato ใน ปี 2005 และผู้อำนวยการศูนย์ส่งเสริมการวิจัย สถาบันวิทยาศาสตร์สิ่งมีชีวิต Kitasato ในปี 2012 ดำรงตำแหน่งปัจจุบันในปี 2020 เชี่ยวชาญด้านเคมีอินทรีย์สังเคราะห์ของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติและเคมียา
โพสต์เมื่อ:พฤศจิกายน 2023