美国斯克里普斯海洋研究所的研究人员正在从智利圣地亚哥附近的海草床中收集微生物。
这些冻存盒中存放着科学家30多年来收集的株微生物菌株。
成年的雌性毯子章鱼可长达1.8米，体重更是能达到比乒乓球还小的雄性毯子章鱼的倍左右。
一名研究人员正在将一张嵌有树脂微珠（具有吸附能力）的薄膜放入水中，从而提取海水中的有机分子。
研究人员利用潜水器从美国加利福尼亚州南部的深海（米深）中捕获了一种海洋无脊椎动物，并将其冻存起来。该动物的身份还有待鉴别。
在经历了漫长的6轮化疗周期后，75岁的慢性淋巴细胞白血病患者佩德罗（PedroR.L.）终于迎来了他和家人都期盼已久的好消息：他体内的病灶被完全清除，癌症病情完全缓解了。然而不幸的是，他在恢复期感染了新冠病毒。年1月30日，他不得不住进基龙医院接受治疗。由于首次治疗失败，他在2月25日出现了严重肺炎。佩德罗的主治医生巴勃罗·吉萨多（PabloGuisado）提议他尝试一款强效的抗病毒药物普立肽（Plitidepsin）。当时，这款药物正处于3期临床试验阶段，主要用于治疗因新冠肺炎而住院的患者。
壹神秘海域
几乎没有制药人员能猜到普立肽来源的地方——荒凉的埃斯韦德拉岛周围的海底。埃斯韦德拉岛是西班牙伊维萨岛（Ibiza）西南海岸附近的一个岩石岛，据说这座岛屿是古希腊诗人荷马创作《奥德赛》中海妖之歌的灵感来源。早在年，西班牙马尔制药公司（PharmaMar，总部位于马德里）组织了一支科考队考察这个传说中的遗址。在此期间，科学家在潜水时经过了一个全是紫色珊瑚和红海扇的珊瑚礁群，无意间从一个36米深的岩石斜坡上拖出了一种看上去平平无奇的无脊椎动物。它看上去像是一团被丢弃的面巾纸，但实际上是一种半透明的淡黄色被囊动物，名为白色海鞘（Aplidiumalbicans）。
被囊动物会利用圆筒状的身体不停地吸入海水再排出，以此来过滤海水并捕食其中的浮游生物。这个过程引起了研究人员的兴趣，因为被囊动物在吸入食物的同时，会不可避免地吸入病毒等病原体，要想抵抗这些致病原的危害，就必须拥有强大的化学防御能力。因为这一特性，它们或能成为一些潜在药物的来源。
年，马尔制药公司从白色海鞘样本中分离出了一种具有抗癌和抗病毒活性的化合物。鉴于当时抗肿瘤药物在市场上能获得更大的利益，马尔制药公司便将这种化合物投到了抗肿瘤方向。经过数十年的研究和试验后，终于澳大利亚药品管理局（TGA）在年批准普立肽用于治疗多发性骨髓瘤。
迄今，全球已有21种来源于海洋的药物获批上市，其中大部分都分离自无脊椎动物。比如，治疗肉瘤、卵巢癌的药物曲贝替定（Yondelis，分子混合物药物）和治疗小细胞肺癌的药物鲁比卡丁（Zepzelca）均分离自吸附在红树林水下树根上的被囊动物——加勒比海鞘（Ecteinascidiaturbinata，又称红树海鞘）。治疗晚期乳腺癌的上市药物甲磺酸艾立布林（Halaven）来自日本南部潮汐池岩石上的一种黑色海绵——冈田软海绵（Halichondriaokadai）。此外，慢性止疼药齐考诺肽（Prialt）来源于僧袍芋螺（Conusmagus）分泌的毒液肽。
除了上述的海洋生物外，珊瑚和海蛞蝓、海洋蠕虫等软体动物也能产生一些具有潜在药用价值的化合物。美国康奈尔大学（CornellUniversity）的海洋生态学家德鲁·哈维尔（DrewHarvell）解释道：“在过去的6亿年里，这些无脊椎动物一直生活在富含微生物的海水中——这就像我们培养生物所用的培养基。”每升海水平均约含有10亿种细菌和亿种病毒，这也是为什么海洋生物需要强大的防御力。最初，科学家认为大多数的防御性化合物是海洋无脊椎动物在演化中形成的。但经过几十年的研究，科学家才发现大部分化合物是由那些与动物共生的微生物产生。例如，去年美国佐治亚理工学院（GeorgiaInstituteofTechnology）科学家萨马尔·阿卜杜勒-拉赫曼（SamarAbdelRrahman）领导的团队研究了5种来自红海的海蛞蝓，发现了其中真正产生抗细菌、抗真菌和抗癌物质的细菌。
几十年来，从事新药研发的科学家把大部分的注意力都放在了陆地生物上，很大程度上是因为陆地生物为人所熟知且更容易获得。而现在，他们普遍认识到，海洋中的微生物不仅创造了海洋中丰富的生物多样性，而且最有可能是海洋药物的来源。目前，有23种新药正处于临床试验阶段，其中16种都来自海洋中的微生物，另外4种来自无脊椎动物（可能也要归功于与其共生的微生物）。近年来，科学家从海洋微生物中分离出数千种具有药用潜力的化合物，化合物的多样性也反映出了海洋生态环境的多样性。哈维尔说：“在陆地上，微生物很容易缺水，因此很难维持体液的平衡。相对而言，海洋是一个更包容、更易生存的环境。”
目前绝大多数获批的海洋药物都经历了长达数十年的研发过程，一部分是因为研发的资金不足，另一部分则是因为分离、测试和生产大量的新型化合物需要耗费时间。值得庆幸的是，随着基因组学、化学和计算机技术的迅猛发展，科学家从海洋中寻找人类的“救命药”时，也变得更有针对性且更高效了。
贰基因靶标
年，美国斯克里普斯海洋研究所的科学家保罗·詹森（PaulJensen）将巴哈马海底的沉积物带回了实验室，希望从中找到具有医疗价值的细菌。这一过程并不容易。他面临的第一个挑战就是在实验室环境中培养这些海洋细菌。但即使是在最理想的情况下，他也只能做到近似海洋环境。即便一些微生物生长出来了，由于无法给予它们原有的海洋环境刺激，詹森也只能默默祈祷这些微生物能产生几种分子，即便这几种分子对于它们庞大的“武器库”而言显得微乎其微。
尽管困难重重，但詹森还是发现了其中的热带沙孢菌（Salinisporatropica）能产生一种新的抗癌化合物。目前，利用这种化合物治疗胶质母细胞瘤的3期临床试验刚刚结束，正在等待美国食品和药品管理局（FDA）审批，其商品名为马里佐米（Marizomib）。马里佐米是一个十分典型的例子，证实了海洋细菌具有产生大量新药的潜力，但这一过程也耗费了30多年的时间。因此，包括詹森在内的科学家开始寻找更好的研究方法来开发海洋药物。
21世纪初，基因组学的出现改变了他们的研究思路。随着第一批海洋微生物（包括热带沙孢菌）的全基因组序列公布，科学家发现一些微生物的基因组中含有可编码几十个化合物的基因簇，这意味着这些微生物还可以产生更多种化合物，即便在实验室培养时，它们只产生了少量的化合物。短短几年内，宏基因组学技术（Metagenomics，对样本中的整个生物群落进行DNA测序）又揭示了海洋微生物还有更多未被挖掘的潜力。此后，科学家开始从还没有在实验室培养过的微生物中寻找编码化合物的基因簇。
目前，詹森正在试图直接寻找最终的化合物分子，而不是能产生它们的微生物。在过去一年中，他研究团队的多位博士后先后前往智利圣地亚哥的洛马角半岛附近的海草床，在其中放入一些由树脂构成的微珠，以此来吸附海水中的有机分子，再将这些微珠带回实验室。詹森会分析这些收集的样本，尝试从中找到能在生物体中发挥作用的化合物。
目前，他已经有了新的发现，找到了一种具有不寻常碳骨架的化合物，其中包含一些能作用于酶的分子基团。这些基团就像是“子弹上的弹头一样”能发挥关键作用，而且这种结构新颖的化合物发挥作用的方式可能与现有药物完全不同。詹森预测说：“我认为它或许可以杀死细胞。但现在，我们还希望能了解它潜在的作用靶点。”
有了化学结构后，他还需要将化合物和产生它的微生物及基因相匹配。借助于强大的计算工具，科学家已经能将庞大的海洋微生物基因组库和具有生物活性的化合物库之间关联起来了，并以此高效地连接基因和化合物。苏格兰斯特拉斯克莱德大学（UniversityofStrathclyde）的海洋微生物化学家凯瑟琳·邓肯（KatherineDuncan）是这种研究方法的先驱，她将其称为基于结构的基因组挖掘，而这项技术最近才真正落地。邓肯说：“此前，我们并没有工具来比较如此庞大的数据集。”
邓肯正在应用这项技术分析来自南极洲至米深的海底深色沉积物岩心样本，初步的结果让人十分惊喜：样本中至少包含2种新的海洋细菌——深海假诺卡氏菌（Pseudonocardiaabyssalis）和海洋假诺卡氏菌（Pseudonocardiaoceani），且都能产生抗菌物质。在陆地上，假诺卡氏菌属中的其他细菌主要与携带有真菌的蚂蚁共生，能产生抗细菌和抗真菌分子，以此来阻止病原体入侵蚂蚁的真菌花园。因此，不难想象它们的海洋表亲也可以产生抗感染的化合物。
目前像邓肯和詹森这样的科学家面临的最大挑战之一是选出各种新发现中最值得