化学的“咬痕”
在细胞生物学的所有领域,研究人员都需要依赖化学试剂。其中一个用处是将其作为解剖一个蛋白质功能的工具化合物或化学探针。例如,与用遗传技术抑制一种专效酶相比,用小分子限制一个具体的酶会提供蛋白质生物学更加精细的线索。在化工库里有时也会收集一些化合物,它们在那里被大规模检查,以期发现有用的试剂和药物。
在两种情况下,混合物、杂质和意料之外的活动会让没有疑心的科学家像赶野鸭子一样白忙活一番。过去几年,科学家已经在多篇文章中对基于化学物质的人工制品提出了预警,但他们认为这些问题仍然并不广泛。一些网上资源可以提供帮助。专家策划的“化学探针门户”(www.chemicalprobes.org)网站对100多种工具化合物做了评估。“探针和药物淘金者门户”(www.probes-drugs.org)收集了可以公开获得的信息,以帮助研究人员选择使用哪些化学物质。
实际上,评估研究人员购买的化学物质的质量并不容易。试剂经常含有合成的副产物,或是试剂降解形成杂质。马萨诸塞州布罗德研究所带领高通量检测组的化学专家Josh Bittker和团队收集了一个已经在临床试验中被测试过的化合物库,他们发现了这种化学污染存在的程度有多高。
让他们吃惊的是,在该团队验证的8584个分子中,有近29%的分子没能通过质量控制。在一些批次的试剂中,杂质含有量达到15%甚至更高。通常,来自同一个供应商的另一个制造批次的材料会通过审核,尤其当提供的是干粉末而非溶液时(这种形式更方便用于实验但却容易分解)。
问题可能更加严重。Bittker的检测通过分子重量评估了化合物,因此并未检查样本是否含有多种同分异构体——拥有同样化学成分但不同原子序列的分子。
复杂的结构
分子化学家可能会说,药物大小的分子可能存在的结构比宇宙中的恒星还要多。其中,商贩可能会出售1000多万种化合物。寻找特定分子的研究人员可能需要跟踪专门的供应商,从其他感兴趣的研究人员那里得到供货,或者预定合成化合物。然而,如果一个分子的生物学活动在一篇备受关注的文章中被报告,特别是如果它已经通过了临床试验,销售它的商家可能会有十来家甚至更多。制药公司有时会授权售货商生产或分发其药品的试剂级版本,这会带来更加可靠的试剂,但也意味着更高的价格。
在一个臭名昭著的案例中,有近20家供应商提供一种叫作博舒替尼的已获批癌症药物,结果却发现它们实际上销售的仅是一种相关结构,其化学基团排错了。 博舒替尼和另一种结构均连接着一组细胞信号蛋白,但其功效却不同,因此这种混合物使数十篇文章受到质疑。
德国多特蒙德Taros合同研究组织首席执行官Dimitrios Tzalis建议,从有声誉的供应商处购买试剂,而非为了省钱从未经来源证实的供应商那里购货。“价格少可能意味着代价高。”他说。 有时,文献也会带来困惑。当英国牛津大学生化学家Kilian Huber看到一种叫作SCR7的酶抑制剂能够促进CRISPR-Cas9基因编辑技术之后,他决定在实验室中进行尝试。最终他们放弃了该实验,因为他的研究生不能合成一种可匹配所报告结构的化合物。
怀疑非常重要,明尼苏达大学药物化学研究员Nick Levinson说,他在博士后期间曾花费数月研究博舒替尼如何绑定其蛋白质目标,但最终却表示他研究的博舒替尼根本未起作用,很多其他研究该化合物的研究人员也是如此。“我在实验室中最大的一个不同之处是,我会更加怀疑实验结果。如果我们得到任何看起来像是错误的或是令人吃惊的结果,我们头脑中冒出的第一个想法会是或许化合物不正确。”Levinson说。