潇湘晨报记者 范典 实习生 周家璐 王琪 长沙报道
走进湖南大咖实验室
“在我读初中的时候,有一次,一只毒蜘蛛咬伤了我的右手。”80后宁乡男孩何江在哈佛大学毕业典礼的演讲中说,那只蜘蛛,让这位后来的哈佛博士受了一点小苦。
然而这蜘蛛的毒液经历现代科学研究之后,可能具有用来治疗疾病的潜力。湖南省蛋白质组学与发育生物学重点实验室就在做这方面研究。
一次试验
上百只有毒蜘蛛在湖南师大的湖南省生物研究所一间动物房内吹着空调,室外的温度已经飙升到37℃以上,动物房的温度一直维持在二十多度。
这里是湖南省蛋白质组学与发育生物学重点实验室,学者们致力于蜘蛛毒素的研究。蜘蛛毒素有望像蛇毒一样应用于医疗。
一只蜘蛛取一次毒液休养半个月
7月15日上午11点,位于湖南师大的湖南省生物研究所,肖震和他的师姐张云霄、研究生同学彭德正穿着白色实验服、戴着口罩和乳胶手套,全副武装来到动物房,他们的导师是国内研究蜘蛛毒素的有名专家,这一次,这两名硕士生和一名博士生要来动物房给20只蜘蛛取毒。
给蜘蛛取毒不是一件简单的事情,例如,动物房养的海南捕鸟蛛个头有十几厘米那么长,一般要3个人配合才能够完成取毒。除了从手武装到头,肖震他们还带了一套专业设备,这是实验人员在实验室琢磨出来的办法,可以让取毒效率倍增。
这套专业设备包括电刺激采毒仪、移液器、离心管、镊子、生理盐水、冰盒等,准备就绪之后,取毒开始了。彭德正从饲养盒里取出一只蜘蛛,用手指按住蜘蛛的8只脚之后,再用离心管对准蜘蛛的螯肢,这是蜘蛛喷射毒液的地方。
一切就绪之后,肖震给采毒仪通电,在两根导线上沾一点生理盐水,这样有利于导电,然后再用带电的导线搭在蜘蛛身上,受到电流刺激的蜘蛛从螯肢里射出毒液,一只蜘蛛一次大概能提供20微升的毒液,也就是0.02毫升。
20微升的毒液在离心管上不过是小小的一滴,肖震需要用一把价值上千元的移液器将毒液集中到一支离心管,然后放到冰盒里面,防止毒液的活性被破坏。取完毒液的蜘蛛被张云霄接过去,由她负责给蜘蛛补充黄粉虫等食物,取毒一次之后,这只蜘蛛需要休养15天才能再一次取毒。
分析成分看是否能抗菌抗肿瘤
一个多小时后,20只蜘蛛的毒液全部提取完毕,这么多蜘蛛的毒液加起来也不到半毫升,在分离提纯之前,肖震要把毒液拿到零下80摄氏度的仪器里冷冻,然后再把冷冻好的毒液放在真空冷冻干燥机干燥,在保持毒液成分活性的条件下获得蜘蛛毒干粉。
湖南师范大学生命科学学院教授刘中华介绍,经历过上述步骤之后,还需要对蜘蛛毒液进行分离纯化。不同的蜘蛛,其毒素成分构成不一样,有的蜘蛛毒液可以分离几十种多肽,有的可以分离出近两百种多肽成分,他们对这些成分进行逐一研究。
从蜘蛛毒素中分离纯化出一个单一成分多肽毒素后,再用各种技术手段进行活性测定,判断这种多肽是否具有神经毒活性、酶活性,或者是其他生物活性,例如抗凝血、抗菌活性、抗肿瘤等等。如果这种成分没有上述生物活性,肖震等将进行下个多肽毒素的筛选。他们经过如此繁复的程序从毒液中分离纯化得到的多肽,最终有望用于药物研发。
一项研究
蜘蛛毒研究分为3个阶段
“这些蜘蛛毒素,经历现代科学研究,具有用来治疗疾病的潜力,但是现在还不能说它就能用来治病。”刘中华说,目前,中国的科研人员已经从蛇毒里分离到了好几个蛋白质或是多肽被用来治疗疾病,例如,从蛇毒里面提取出来的降纤酶,可以用于治疗血栓;还有凝血酶,可以用来抗凝;还有一种科博肽,可以用于镇痛。
在科学界,蛇、蜘蛛、蜈蚣、蝎子的毒素都有科学家在研究,“动物多肽药物创制”国家地方联合工程实验室以研究蜘蛛为主,经过几代科研人员的积累,这个实验室在蜘蛛研究领域已经有众多优势。
刘中华介绍,科学界研究蛇毒比研究蜘蛛毒至少早了20年,因此,目前已经有蛇毒在医疗领域的应用。有关蜘蛛毒的深入研究从上世纪90年代才开始,而蜘蛛毒在医疗领域的应用,目前仍有很长的路要走。
刘中华说,对于蜘蛛毒的研究分为几个阶段,第一个阶段要知道蜘蛛毒是什么、蜘蛛毒里面含有什么东西?第二个阶段需要认识蜘蛛毒素,弄清楚它为什么有毒?在这个基础上,第三个阶段就要对蜘蛛毒加以利用,这方面的研究,2000年以后才有学者开始尝试。
领先之处
有两个国际最大“毒素库”
2015年12月,湖南省蛋白质组学与发育生物学重点实验室获国家发改委批准为“动物多肽药物创制”国家地方联合工程实验室。这是一个国家级创新平台,刘中华担任实验室的主任。
“我们调研了国内数十种蜘蛛的毒液成分和基因,建立了一个国际上最大的有毒动物基因和多肽数据库。”刘中华说,这个开放的数据库全球都可以用,已经被国际同行广泛使用,也是全球最大的有毒动物多肽毒素数据库,例如蛇、蝎子、蜈蚣、蜘蛛、毒蜂等有毒动物,里面涵盖了几乎所有多肽毒素的信息,包括生物化学性质、生理功能。刘中华说,这个数据库为科学研究提供一个非常有价值的信息资源。
除此之外,刘中华主持的实验室还建立了国际上最大的蜘蛛毒素基因库和多肽库,这个数据库比前面提到的有毒动物基因和多肽数据库更加细致,刘中华说:“比方基因,我们不仅有基因序列,还有物质在这里面;比方多肽,不仅有序列,还有样品真实存着,这是全世界最大的。”
“做筛选就要有资源,就像企业里面的人力资源部要有人力资源,我们要做药物筛选,也要有资源,可以从蜘蛛毒素资源里筛选药物。”刘中华说,蜘蛛毒素基因库和多肽库涵盖了15种毒性比较强的、分布比较广泛的蜘蛛的毒素基因和多肽。
筛选毒素的平台被当做行业范本
在“动物多肽药物创制”国家地方联合工程实验室,还有另外一个技术平台也已经达到了国际先进水平,并且被当做行业的一个范本,在众多同类实验室得到推广。
“这个技术平台,就是在采集到蜘蛛以后,如何对蜘蛛采集毒液,如何去得到它的基因,如何研究多肽毒素的序列和性质。”刘中华把这个平台称为“功能毒素组学技术平台”,实际上就是对蜘蛛毒素进行大规模筛选的一个平台。
“我们建立的这个技术平台,就好像是做产品标准一样,其他机构会参照我们的技术流程来做,这样才可以做出来东西。”刘中华说。除此之外,实验室还开发了另一项技术,已知蜘蛛毒素
的氨基酸或基因序列后,不需要再从蜘蛛身上提取毒液,只需要通过基因重组或者多肽合成,在实验室就可以制造出蜘蛛毒素。
来源:红网
作者:范典 周家璐 王琪
编辑:康晓乔
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