在篩選一種可阻斷細菌生物合成通路的化合物時，研究人員發現了一種抗生素先導物，它以調控RNA結構中的分子交換位點為靶標，使病原體停止生長。
1940-1960年是發現抗生素的黃金時代，而Selman Waksman的研究則宣告了這一時代的到來。這位生物化學家兼微生物學家創造了“antibiotic（抗生素）"這個術語，并利用系統篩選來發現抗生素的先導物。在Waksman等人的努力下，他的實驗室制備出了20多種天然抗生素，其中zui為的就是1943年發現的*——治療肺結核的*種藥。這項發現為Waksman贏得了1952年的諾貝爾生理學或醫學獎。隨之，他的研究受到了美國制藥公司默克（Merck）旗下科學家們的關注，他們之間的合作促使*在臨床應用上得到了發展。巧的是，zui近，來自現默克公司研究實驗室的Howe等人闡述了一種新的抗生素先導物，也是用Waksman引入的表型篩選法（只不過進行了精密改良）識別出來的。
在Waksman的研究完成7年之后，原本如潮水般涌現而出的天然抗生素已縮減為涓涓細流。同時，盡管現有的抗生素面臨著不斷攀升的耐藥狀況，從而導致臨床急需新的藥品，但由于各種原因，僅有很少的公司仍活躍在抗生素藥物發現的領域。在這種背景下，Howe等人卻出人意表地發現了可靶標于細菌非編碼RNA（ncRNA）的藥物，這可是備受歡迎的喜事！通過阻斷代謝通路來確證一種抗生素的存在。a. 當周圍環境的核黃素無法利用時，細菌會用一條代謝通路合成核黃素——一種參與多種酶反應的分子。Howe等人通過加入核黃素（可減弱化合物的抗菌作用）來進行識別，從而找出該通路的抑制劑。b. 篩選發現了可選擇性抑制核黃素生物合成的合成分子ribocil。據作者報道，ribocil與信使RNA（編碼參與核黃素合成的合酶）非編碼區域的“核糖開關"調控域結合。核糖開關通常與黃素單核苷酸（FMN，核黃素代謝產物）結合；這種結合誘發核糖開關發生結構性改變，阻止合酶的表達，從而在FMN足可利用時，阻斷進一步的核黃素合成。c. Ribocil分子盡管與FMN的結構*不同，但也能與該位點結合，以“欺騙"開關的方式關閉核黃素的生成，從而使細菌喪失基本的代謝產物。
那么什么是表型篩選呢？它包括將測試化合物置于細菌培養皿中，觀察細胞特性（表型）的變化。自Waksman時代以來，zui簡單的抗生素活性表型篩選一直在追求生長抑制——畢竟細胞死亡是zui嚴重的表型，并能夠迅速測定。而Howe等人建立了一種更為靈敏的篩選方法，嚴密推敲單個細菌的新陳代謝途徑。細菌不像人類，它能合成代謝產物核黃素（亦被稱為*2），該物質是多種酶反應所需要的輔助因子前體。而這些輔助因子之中，zui重要的就是黃素單核苷酸（FMN）。參與核黃素生物合成的基因僅在細菌無法從周圍環境獲得維生素時，才凸顯出其必要性。因此，研究者猜想，如果在細菌培養基中加入核黃素（參與抑制核黃素生物合成途徑），那么具有生長抑制效應的抗生素化合物作用就可能受到逆轉。于是，他們測試了大約57000個合成小分子，結果確認：一種名為ribocil的分子可通過選擇性阻斷核黃素生物合成的方式來殺滅細菌。
為了證實ribocil分子的作用機制，Howe等人利用經化合物處理過的細菌（使之*耗盡核黃素）進行闡述。他們以感染病原菌的小鼠作為研究對象，進行ribocil分子治療，結果細菌濃度降低了1000多倍，這是一個很有希望的開端。于是，研究小組繼續確證ribocil的分子靶標，他們將*暴露于ribocil（亞致死量濃度下）、已產生耐藥性的克隆菌株分離出來，進行基因組測序。人們發現，在細菌基因組的非編碼鏈中存在潛在的變異，導致耐藥細菌出現。于是，開始似乎只是常規性的工作馬上就變為一件令人興奮的事情。這表明，ribocil并非抑制某個蛋白質靶標，而是阻斷了基因調控的途徑。接著，研究者們進一步偵查ribocil的攻擊位點，結果發現：在序列的前部有一個高度結構化的ncRNA域，可在核黃素生物合成途徑中編碼關鍵合酶的信使RNA上標記翻譯的起始位點。
結果表明，ribocil所結合的ncRNA域通常與FMN結合，其位點就是“核糖開關"（riboswitch）——當與配體結合時，其結構發生變化的RNA域（圖1b）。當它與FMN結合時，可誘騙核糖開關RNA變成阻止轉錄和翻譯進行的構型，從而阻斷合酶的表達。該機制為減少細菌進一步產生核黃素提供了一條途徑，因而，FMN在輔助因子足夠量的情況下是有效的。而Ribocil正是與同一ncRNA靶標相結合，才能“欺騙"核糖開關發生應答，從而關閉核黃素的合成，使細菌喪失zui基本的代謝產物。為了找到一個強有力的證據，研究者用X射線晶體照相術為ribocil分子拍了一張快照，顯示其與核糖開關RNA結合的作用。這種結構性信息對于改進具有臨床應用潛力的ribocil分子衍生物的抗菌活性很有價值。
不過，這種模仿核糖開關天然配體的機制在其它任一抗菌化合物中均未發現。因此，研究只是總結性地闡述了表型篩選的優勢，即促使一條通路的所有組成部分——包括蛋白質與核酸——都在公平的方法下同時進行測試。盡管核糖開關明顯是抗生素發現的靶標，但Howe等人證實了有一種能與核糖開關結合的分子存在，且并不是與代謝產物配體十分類似的結構。這緩解了ribocil在其它通路（包括核黃素和FMN）缺乏關閉目標效應的囧況（已在作者的觀察中有所提示：即便是高劑量的化合物也對小鼠沒有毒性作用）。
從更廣闊的視角來看，Howe等人的研究令人矚目地闡述了ncRNA中的結構域可能是合成藥物的靶標。而此前只有很少有關ncRNA部分可用作潛在藥物靶標的例證，其中一個可被稱為“域"的例證是丙肝病毒，可與合成的病毒蛋白合成抑制劑相結合。不過，其實許多天然抗生素是通過靶標細菌核糖體（合成蛋白質的細胞器）的ncRNA部分來干擾蛋白質合成，進而起效的。
樂觀的研究者猜測，自然通過靶標核糖體中的ncRNA來起到某種重要作用，因而可能會認為，目前在細菌以及更為復雜的微生物的基因組中發現過多的ncRNA，這將會為治療性干預提供豐富的靶標。而對于持懷疑態度的人們，Howe等人的工作也可能減少他們對以ncRNA部分作為靶標是否可能助生新藥的懷疑。我們希望，亟需替代性抗生素的臨床醫師將會成為*享受到新興藥物靶標——RNA——好處的受益者。(生物谷Bioon.com)
