薬用植物は生物多様性ホットスポットで繁栄する

抗感染物質の豊富なレパートリーを備えた薬用植物は、常に人間が病原菌や寄生虫との戦いを生き残るための鍵となっている。 これが、新しい構造と効果を備えた植物薬の探索が、今日でも天然物研究の大きな課題の1つである理由だ。ドイツのライプチヒ大学（UL）、ライプニッツ植物生化学研究所（IPB）、ドイツ統合生物多様性研究センター（iDiv）の科学者らは、系統関係のデータ分析を使用して、生物活性天然化合物、空間分布および植物の二次代謝産物の検索を大幅に簡素化する方法を示した 。彼らの新しいアプローチは、どの植物群とどの地理的領域が薬効を有する種の高い密度を持っている可能性が高いかを予測することを可能にするものだ。 これにより、将来的には、より的を絞った新しい薬用植物の探索が可能になるという。

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現在使用されているすべての抗生物質の70％以上は、植物、真菌、細菌、および海洋生物から得られた天然物質に由来している。 病原体は絶えず変化し、新しい危険な菌株を生産しているため、感染症との戦いでは、人間は特に自然源からの新薬に依存している。
同時に、我々は天然資源をまだ使いきれていない。 植物界だけでも、これまでにすべての維管束植物の約10％だけが適切な活性化合物についてスクリーニングされてきた。 現在、科学データベースに保存されている天然産物の構造は約250,000であり、植物だけで推定で最大500,000ある。 しかし、これまでのところ、研究者たちは植物界全体を体系的にテストしていない。 その代わり、一部は既知の薬効を持つ植物で、一部は優先する種または地理的領域で、または使用する検出方法の種類と感度に応じて、薬物の分離検索を実施してきた。
さらに、これまでの薬用植物とその活性化合物の知識は一貫して文書化されていない。 植物には地域ごとに異なる名前が付けられているが、植物から分離された代謝産物には、文献では簡単な名前が付けられているだけだ。

ライプツィヒとハレの科学者らは、この知識の収集と標準化に向けた最初のステップを踏み出した。 この目的のために、彼らは既知の二次代謝産物、系統学的関係、インドネシアのジャワ島の植物の分布に関する情報を収集した。 彼らは約7,500種の種子植物種を記録した。これには、物質データベースにリストされている約16,500の代謝産物が含まれていた。 既存の知識に基づいて、これらの代謝産物の約2,900は、ウイルス、細菌、真菌または寄生虫に対して抗感染作用を有する物質として識別された。 これらの2,900の活性化合物は、調査された7,500の植物種の合計1,600によって生成される。
これは、すべての植物種が同じ方法で生物活性化合物を生成するわけではないことを示している。 「むしろ、個々の植物ファミリーで活性化合物を生成する種が集中する傾向があり、これらの種は通常密接に関連している」と、iDivのメンバーでもあるライプツィヒ大学 生物学研究所のAlexandra Muellner-Riehl 教授は述べた。

活性化合物が豊富なこれらの植物群をさらに絞り込むために、科学者は遺伝データと代謝産物情報を組み合わせた。 これにより、抗感染物質が大幅に過剰出現する植物のグループ、およびこれまでに抗感染活性がほとんど記録されていない植物のグループを識別することが可能になった。

「この情報により、抗感染性物質を保有している可能性が高いが、まだ調査されていない特定の植物グループを特定できる」と、Jan Schnitzler博士（ライプツィヒ大学およびiDiv）は述べている。 同時に、この研究は生物活性化合物の存在に関する情報がこれまでにほとんど報告されていない種の特定を容易にする。

IPBのLudger Wessjohann教授は、「まだ完全に未知の構造を持つ新しい活性物質を発見する可能性が高いため」、新薬の探索ではこれらの種を無視しないことが重要だと指摘している。
このアプローチは、生物活性化合物が豊富な有望な領域を特定するためにも使用できる。 この場合、植物種の多様性が最も高いのはジャワの山岳地帯であり、抗感染性化合物を含む植物の最大密度も期待できる。 したがって、中部および西部ジャワの生物多様性の低い農業低地よりも、種の豊富な地域での新薬の探索が成功する可能性が高くなる。 Wessjohann 博士とMuellner-Riehl 博士は、それに応じて適応させると、このアプローチは他の地理的領域や生物活性化合物の他のグループに容易に移行することができると述べている。

この研究は、BMBF（連邦教育研究省）プロジェクト「BIOHEALTH-インドネシアの植物の生物多様性と人間の健康」の一環として資金提供された。 ドイツとインドネシアの研究機関のパートナーが参加する共同プロジェクトは、ライプツィヒ大学によってコーディネートされている。
この研究成果は、2020年5月11日にPNASでオンラインで公開された。 この論文は、「系統発生、空間、および生物活性データを相関させることによる、抗感染リード化合物発見のための植物源の評価（Evaluation of Plant Sources for Antiinfective Lead Compound Discovery by Correlating Phylogenetic, Spatial, and Bioactivity Data.）」と題されている。

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