Nps(Natural Products)是一类由微生物、植物和动物等生物体合成的具有生物活性的有机分子。它们在药物开发中扮演着重要角色,尤其是在寻找新的抗生素、抗癌药物和其他治疗药物方面。Nps的发现和开发对于生物医药领域具有重要意义。
近年来,随着高通量测序技术和生物信息学工具的快速发展,Nps的挖掘和表达研究取得了显著进展。例如,Yuan等人开发了一种名为FAST-NPS的自动化高通量平台,用于从Streptomyces中挖掘生物活性Nps[4]。该平台集成了计算生物合成基因簇(BGC)预测和优先级排序,自动化克隆和异源表达,高通量发酵和产物提取等功能。通过该平台,他们从11个Streptomyces菌株中克隆了105个BGCs,并在Streptomyces lividans TK24中检测到了23个Nps,其中8个具有抗菌或抗肿瘤活性。这项工作展示了FAST-NPS在加速生物活性Nps发现方面的巨大潜力。
除了从已培养的微生物中挖掘Nps,研究人员还通过异源表达和基因簇重构等方法来生产微生物天然产物。例如,Li等人综述了细菌和真菌Nps异源生产方面的最新进展,重点介绍了下一代转录调控模块、新型BGC重构技术和优化异源宿主[5]。这些技术的应用使得原本难以获取的Nps得以生产,为新型药物的发现提供了新的途径。
为了提高基因治疗的效率和安全性,研究人员还开发了各种基因传递系统。Ahmadi等人综述了不同类型的基因载体,包括非病毒无机和有机纳米颗粒(NPs)、病毒样颗粒(VLPs)等,以及它们在基因传递中的应用[3]。这些载体能够将基因有效地传递到目标细胞中,并且可以减少副作用和免疫反应。此外,Ramezani等人还讨论了PLGA基基因传递系统的改性方法,以提高其基因传递效率[6]。
在基因治疗中,CRISPR/Cas9系统作为一种高效的基因编辑工具,被广泛应用于多种疾病的基因治疗研究。例如,Li等人开发了一种基于生物矿化的SpCas9变体纳米颗粒(Bm-SpRY NPs),用于杜氏肌营养不良症(DMD)的基因编辑[2]。这种纳米颗粒具有优良的生物相容性,能够有效地将SpRY pDNA传递到细胞中,并在体外和体内实现了DMD基因的高效编辑。这项研究为DMD的治疗提供了新的思路和方法。
除了基因治疗,Nps在神经系统疾病的治疗中也显示出巨大的潜力。例如,Rehman等人综述了纳米颗粒在介导基因治疗CNS疾病中的作用[1]。纳米颗粒能够将药物或基因有效地传递到选择性细胞或组织中,从而提供高浓度和持续的药物递送,并减少全身毒性和副作用。此外,Kumar等人还研究了锰纳米颗粒(Mn-NPs)对鱼类Pangasianodon hypophthalmus基因表达的调控作用[7]。他们发现,Mn-NPs能够通过调节基因表达来减轻鱼类受到的多种应激反应,并提高其生长性能。
综上所述,Nps在生物医药领域发挥着重要作用,不仅在药物开发中具有巨大潜力,而且在基因治疗和神经系统疾病的治疗中也展现出广阔的应用前景。随着Nps挖掘、表达和基因传递技术的不断进步,我们有理由相信,Nps将在未来为人类健康带来更多福祉。
参考文献:
1. Rehman, Saleha, Nabi, Bushra, Sartaj, Ali, Baboota, Sanjula, Ali, Javed. . Nanoparticle Mediated Gene Therapy: A Trailblazer Armament to Fight CNS Disorders. In Current medicinal chemistry, 30, 304-315. doi:10.2174/0929867329666220105122318. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34986767/
2. Li, Shuojun, Du, Moqing, Deng, Jiamin, Song, Zhiyong, Han, Heyou. 2022. Gene editing of Duchenne muscular dystrophy using biomineralization-based spCas9 variant nanoparticles. In Acta biomaterialia, 154, 597-607. doi:10.1016/j.actbio.2022.10.015. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36243370/
3. Ahmadi, Sepideh, Rabiee, Navid, Fatahi, Yousef, Webster, Thomas J, Hamblin, Michael R. . Controlled Gene Delivery Systems: Nanomaterials and Chemical Approaches. In Journal of biomedical nanotechnology, 16, 553-582. doi:10.1166/jbn.2020.2927. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32919478/
4. Yuan, Yujie, Huang, Chunshuai, Singh, Nilmani, Xun, Guanhua, Zhao, Huimin. 2025. Self-resistance-gene-guided, high-throughput automated genome mining of bioactive natural products from Streptomyces. In Cell systems, 16, 101237. doi:10.1016/j.cels.2025.101237. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40073866/
5. Li, Lei, Maclntyre, Logan W, Brady, Sean F. 2021. Refactoring biosynthetic gene clusters for heterologous production of microbial natural products. In Current opinion in biotechnology, 69, 145-152. doi:10.1016/j.copbio.2020.12.011. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33476936/
6. Ramezani, Mohammad, Ebrahimian, Mahboubeh, Hashemi, Maryam. . Current Strategies in the Modification of PLGA-based Gene Delivery System. In Current medicinal chemistry, 24, 728-739. doi:10.2174/0929867324666161205130416. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27919215/
7. Kumar, Neeraj, Thorat, Supriya Tukaram, Singh, Ajay Kumar, Kochewad, Sanjivkumar Angadrao, Reddy, Kotha Sammi. 2023. Manganese nanoparticles control the gene regulations against multiple stresses in Pangasianodon hypophthalmus. In Scientific reports, 13, 15900. doi:10.1038/s41598-023-43084-z. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37741912/