Koraalriffen herbergen een ongelooflijke diversiteit aan leven, zowel zeedieren die we kunnen zien als microbieel leven dat we niet kunnen zien. Deze organismen genereren een enorm aantal moleculen terwijl ze voedsel eten, fotosynthese, zich voortplanten en infecties afweren. Onderzoekers hebben verschillende van koraalriffen afgeleide moleculen geïdentificeerd met geneeskrachtige eigenschappen, zoals secosteroïden, welke steroïde verbindingen zijn die worden gebruikt om ontstekingsstoornissen te behandelen; of de chemische verbinding bryostatine 1, afgeleid van een ongewervelde koraalrifbewoner die bekend staat als bryozoën en wordt geëvalueerd als een behandeling voor de ziekte van Alzheimer.

Toch zijn nog vele duizenden koraalrifmoleculen met geneeskrachtig potentieel onbekend voor de wetenschap. Een studie onder leiding van biologen van de San Diego State University beschrijft een veelbelovende nieuwe methode voor het screenen van de moleculaire output van het rifleven op belangrijke chemische eigenschappen, wat het veel gemakkelijker zou kunnen maken om de volgende generatie van van koraalriffen afgeleide medicijnen te identificeren en de diversiteit van moleculen in de oceaan beter te begrijpen.

"We weten wat zo weinig van deze moleculen zijn en wat ze doen, " zei de hoofdauteur van de krant, Aaron Hartmann, een postdoctoraal bioloog met een dubbele aanstelling bij SDSU en het Smithsonian Institution. "Dat is een behoorlijk grote wegversperring voor het ontwikkelen van therapeutische medicijnen die daarvan zijn afgeleid."

Hartmann leidde het onderzoek samen met SDSU-bioloog Forest Rohwer en collega's van de Universiteit van Californië, San Diego; de National Oceanic and Atmospheric Administration; het Europees laboratorium voor moleculaire biologie in Heidelberg, Duitsland; Imperial College Londen; de Stichting CARMABI Curaçao; de Universiteit van Amsterdam, en de Universiteit van Bangor in Wales. Rohwer leidt het SDSU Viral Information Institute, een wereldleider in onderzoek naar virale ecologie.

Moleculaire vingerafdrukken

Werken met het laboratorium van scheikundige Pieter Dorrestein aan de Skaggs School of Pharmacy aan de UC San Diego, de onderzoekers analyseerden weefselmonsters van koralen, algen en schimmels verzameld door Rohwer en anderen op koraalriffen bij de afgelegen Line-eilanden in de centrale Stille Oceaan. Ze isoleerden de moleculen van elk organisme en stuurden ze door een instrument dat een massaspectrometer wordt genoemd en dat de massa van elk molecuul meet. Volgende, ze braken de moleculen uit elkaar met een laser en maten de massa van die stukjes.

Moleculen hebben de neiging om op voorspelbare manieren uit elkaar te vallen, dus door de massa van deze chemische stukken te meten, de onderzoekers konden een reeks "moleculaire vingerafdrukken" bedenken - patronen in de chemische profielen die wijzen op de aanwezigheid van bepaalde moleculen.

Echter, als je alleen zijn chemische vingerafdruk kent, kun je niet zeggen wat een specifiek molecuul doet als het niet eerder is beschreven. De database van bekende moleculen vertegenwoordigt slechts een zeer kleine fractie van de moleculen die er zijn, Hartmann uitgelegd.

Om die beperking te omzeilen, de onderzoekers gebruikten vervolgens een ingenieuze truc. Ze gebruikten een algoritme gemaakt in het lab van Dorrestein om deze moleculaire vingerafdrukken te screenen, en als de chemische samenstelling van twee onbekende moleculen vergelijkbaar was, ze werden gemarkeerd als verwante moleculen. Hartmann en Daniël Petras, een postdoctoraal chemicus aan UC San Diego, onderzocht vervolgens de chemische reacties van deze onbekende moleculen om een ​​beter idee te krijgen van hoe ze zich gedragen.

Deze analyse helpt een al lang bestaand mysterie in de mariene biologie te beantwoorden:waarom hebben koraalriffen zo'n enorme moleculaire diversiteit? Zelfs zeer nauw verwante organismen vergelijken, de onderzoekers ontdekten dat ze elk verschillende moleculaire vingerafdrukken hadden, wat suggereert dat deze organismen dezelfde moleculen op verschillende manieren kunnen aanpassen aan hun specifieke biologische niches.

Met andere woorden, zelfs nauw verwante organismen kunnen verschillende gezondheidsproblemen hebben, afhankelijk van hun geografische locatie, bijvoorbeeld, en daarom hun moleculen een klein beetje aanpassen om zichzelf beter te verdedigen. De onderzoekers rapporteerden hun resultaten vandaag in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Potentiële therapeutische waarde

"Moleculaire verwantschap kan je vertellen over de mogelijke chemische reacties die deze onbekende moleculen vertonen, "Zei Hartmann. "Dat, beurtelings, kan je iets vertellen over hun potentiële therapeutische waarde."

Dus in plaats van elk afzonderlijk molecuul één voor één te screenen om te zien of het geneeskrachtige eigenschappen heeft, deze techniek zou het voor wetenschappers op het gebied van medicijnontdekking mogelijk maken om gemakkelijk te jagen op chemische eigenschappen van bekende medicijnen. Deze nieuw ontdekte moleculen kunnen voordelen hebben ten opzichte van bekende medicijnen - krachtiger, bijvoorbeeld, of met minder bijwerkingen.

"Met deze methode we worden niet gehinderd door het feit dat onze moleculaire database vrij schaars is, "Zei Hartmann. "Als je weet welke chemische reacties belangrijk zijn, dan kun je op zoek gaan naar moleculen met die eigenschappen."