天然产物化学研究的挑战,一直以来被聚焦在加速药物先导化合物的发现上。近年来人们逐渐意识到当今天然产物化学研究的发展挑战和机遇共存。纵观人类历史,人们直接或间接利用天然资源的本能,早就蕴育在千百年人类文明发展的历史之中。由于天然产物化学的研究资源或研究对象至今多数局限于传统的植物资源,相对国内外较少涉及的昆虫或两栖及爬行动物的化学成分的研究上,该类天然产物新颖结构发现几率高、活性好和具有新作用机制潜能的特点,如通过稀有资源结构新颖化合物和活性成分的认识,需要建立与高通量筛选相配套的天然产物库,包括化学信息、生物信息和资源信息库。综上昆虫类稀有资源中的天然产物化学的研究,在其各个阶段研究工作开展的同时,也必须利用现代科学技术手段和多学科交叉的方法,通过化学研究手段,在分子水平上阐明生命现象的本质和潜在的新的科学问题。本研究以节肢动物的抗菌化学生物学为命题,选取节肢动物地龙(Pheretim a asperfillm E.Perrier)和全蝎(Buthus martensi karsch)为研究对象,深入开展以天然产物为探针的作用机理的研究,探索不同活性天然产物与生命体的单元细胞内的大分子发生着不同的重要作用的机制。研究方法针对采用昆虫或节肢动物的天然次生代谢物的提取分离研究,结合体外抗菌药敏法和改良的杀菌筛选技术的建立,在本实验室建立了一套高效快速微量天然产物分离鉴定活性追踪和评价的研究方法,可有效评价昆虫及动物源的天然产物具有抗生素样作用的物质,提供新抗生素样先导化合物的化学信息、生物信息和资源生态信息等科学数据。本研究从两个节肢动物中共分离得到10个化合物,并进行了结构鉴定和表征。研究结果揭示其中7个是新化合物,3个为已知化合物。他们分别是:(+)5S-甲基,2S-(N-甲基吡咯烷)-丙酸(化合物1);(-)-5,7,22-三烯基-1α,3β,20β-三羟基9α,11α-环氧麦角甾醇(化合物2);(-)-1α,3?,20?-三羟基-麦角甾醇-5-烯(化合物3);(-)-6’’’-O-?-D-葡糖吡喃糖基-(1→6’’’)-[?-D-葡糖吡喃糖基-(1’→6)-?-D-葡糖吡喃糖基--(1’’→4’)-D-D-吡喃葡萄糖基]-亚甲基-3’’’-N-噻唑啉酮(化合物4);腺苷酸(化合物5);胸腺嘧啶(化合物6);(-)4-(2’-异辛酸基)-6-羟基-1-甲基环己烯(化合物7);(-)-4,22(23)-二烯-25-醇-胆甾酮-3(化合物8);(-)5(6),22(23)-胆甾二烯-3β-乙酰氧基酯(化合物9)和已知化合物丙二胺(化合物10)。对分离得到的7个新化合物的抗菌活性和杀菌作用的研究,筛选发现了对细菌具有高敏广谱抗菌效果的化合物是化合物3和化合物9。化合物9显示抗绿脓杆菌的最小抑菌浓度MIC为16μg/m L,抗金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度MIC为16μg/m L和抗枯草芽孢杆菌的最小抑菌浓度MIC为78μg/m L。化合物3抗绿脓杆菌的最小抑菌浓度MIC为32μg/m L。基于上述抗菌最小抑菌浓度MIC值的测定,选取抗菌效果强的化合物进一步进行最小杀菌浓度MBC值的测定,力图找到具有抗生素样化合物成分。实验结果显示化合物9对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌的MBC值为32μg/m L、对革兰氏阴性菌绿脓杆菌的MBC值为64μg/m L。化合物3对革兰氏阴性菌绿脓的MBC值为78μg/m L。因此他们均为抗生素样化合物。本研究运用药敏试验倍数稀释法原理,首次建立了实验室微量天然化合物杀菌浓度的快速测定方法为本项目实施中的技术创新;本研究实验结果,从节肢动物中分离得到两个新颖结构具抗革兰氏阴性菌绿脓杆菌(P.aerμginosa)的化合物9和化合物3均为首次发现的活性新化合物,其中化合物9被发现来自于全蝎节肢动物中,化合物3被发现来自于地龙节肢动物中。他们的结构被认定为新的抗生素先导化合物,是本研究的重要创新点。研究中对于化学生物学的另一个重要贡献在于,实现了天然产物圆二色谱的精确测定和应用,为药物先导化合物的绝对构型的解决提供了可靠证据和重要参数。本研究项目来源于国家自然科学基金资助。研究内容为天然产物新结构的发现,包括两个新抗生素样先导化合物的化学生物学信息等原创性研究。