Potential of Endophytic Fungi from Orobanche spp. as Novel Sources of L-Asparaginase, an Enzyme with Anticancer Applications
本研究确定了从寄生菟丝子属（*Orobanche*）植物中分离出的内生真菌是抗癌酶 L-天冬酰胺酶的有前景的来源，其中长孢交链孢菌（*Alternaria longipes*）SH 25 在 pH 5.0 和 1.5% L-天冬酰胺浓度的特定条件下表现出最佳产量（5.95 U/mL）。
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在健康植物内部的隐秘世界里，微小的真菌作为安静的邻居生活其中，在不造成伤害的情况下与它们的宿主共享空间。这些是内生真菌，是一个多样化的微生物群落，它们已经进化出能够产生大量化学工具的能力，以帮助它们生存和繁衍。在这些真菌制造的众多物质中，包括酶，这是一种能够加速特定化学反应的生物机器。其中一种被称为 L-天冬酰胺酶（L-asparaginase）的酶，已成为现代医学中的关键工具。它的作用是分解一种被称为 L-天冬酰胺的特定蛋白质构建模块。虽然人体内的大多数细胞都能制造这种构建模块的供应，但某些癌细胞——特别是涉及一种被称为急性淋巴细胞白血病血液癌症的细胞——却无法自行制造。它们完全依赖于从血液中“偷取”这种营养。通过将这种酶引入患者体内，医生可以剥夺这种必需的营养，导致癌细胞因饥饿而死亡，同时让健康细胞基本不受影响。目前，医疗行业主要通过细菌来生产这种救命酶，但这些细菌版本有时会引发患者严重的过敏反应或其他副作用，这促使科学家寻找更温和、更具兼容性的来源。
伊朗赞贾恩大学的一个研究小组将注意力转向了一个不同寻常且经常被忽视的这些微观邻居的宿主：恶之花（broomrape，又称菟丝子类植物）。与大多数从土壤中生长出来的植物不同，恶之花是一种全寄生植物，这意味着它没有自己的叶子或根，而是完全通过附着在其他农作物的根部并窃取它们的养分来生存。由于这种独特且充满压力的生活方式，生活在恶之花内部的真菌可能已经发展出了应对其环境的特殊能力。研究人员从伊朗西北部的农田中采集了健康的恶之花样本，并对其进行了仔细清洗，以去除表面的污垢或细菌。随后，他们将植物茎切成小块，并将其放置在营养丰富的凝胶上，以观察是否有真菌从内部生长出来。在 300 个植物样本中，他们成功分离出了数十种不同的真菌菌株，并最终根据它们在显微镜下的形态特征将其分为 34 种不同的类型。
为了找出哪些真菌可以产生这种抗癌酶，科学家们首先使用了一种简单的视觉测试。他们在一种含有 L-天冬酰胺和 pH 指示剂染料的特制培养皿上培养真菌。如果某种真菌产生了该酶，它就会分解 L-天冬酰胺并释放出氨，从而使周围区域由黄色变为粉红色。在 34 种真菌类型中，大约有 20 种产生了这些粉红色的光晕，表明它们有能力制造这种酶。然而，研究人员知道，培养皿上的大粉红圆圈并不总是意味着正在产生高含量的酶。为了获得真实的测量值，他们将最有潜力的候选菌株转移到液体培养基中，并使用一种化学方法精确计算释放了多少氨。结果显示出广泛的活性差异。虽然有些真菌产生的量非常少，但有四种特定的菌株脱颖而出，表现最为出色。在这些菌株中，一种被鉴定为长柄交链孢菌（Alternaria longipes）、特别是标记为 SH25 的菌株，产生的酶量最高，达到了每毫升 5.79 个单位。这显著高于其他表现优异的物种，其中包括黑穗孢菌（Macrophomina phaseolina）和黄曲霉（Aspergillus flavus）。
随后，团队将重点放在了这位“明星选手”——长柄交链孢菌 SH25 上，观察是否可以通过改变其环境来使其产生更多的酶。他们测试了可用食物量和液体酸度如何影响产量。他们发现，当液体呈弱酸性并含有特定浓度的 L-天冬酰胺时，真菌产生的酶最多。在这些优化条件下，酶的输出量上升到了每毫升 5.95 个单位。研究人员还检查了该酶在暴露于热量时的稳定性，这是工业化应用中的一个关键因素。他们发现，该酶在适度温度下表现得非常稳定，在 35 摄氏度下保持半小时后，几乎保留了所有的活性，并且在两小时后仍能保持约三分之二的效力。这表明该酶足够强健，足以在制造环境中进行处理而不会立即分解。
研究结论指出，寄生的恶之花植物是产生这种重要酶的丰富且此前尚未被开发的来源。长柄交链孢菌高产菌株的发现，为目前医学中使用的细菌来源提供了一个潜在的新替代方案。虽然细菌版本可能会在某些患者中引起免疫反应，但真菌酶通常被认为与人体更具兼容性，尽管仍需进一步测试来证实这一优势。研究人员指出，在最初的测试培养皿上观察到的粉红光晕大小并不能可靠地预测真菌在液体培养中实际产生的酶量，这强调了精确化学测量相对于视觉判断的重要性。通过使用基因测序对这些真菌进行分离和鉴定，团队确认了它们的身份，并在这一特定真菌物种与其产生酶的能力之间建立了明确的联系。这项工作为生物技术打开了一扇新的大门，表明即使是我们田间最奇特的植物，也可能隐藏着能够帮助对抗疾病的微观盟友。
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