ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติอาจสกัดได้จากเซลล์ เนื้อเยื่อและสารคัดหลั่งของจุลินทรีย์ พืชและสัตว์[20] สารที่สกัดนี้มีโครงสร้างที่หลากหลายและแตกต่างไปตามสิ่งแวดล้อม นักวิจัยจึงต้องเก็บตัวอย่างจากทั่วโลกเพื่อนำมาวิเคราะห์หาสารที่อาจใช้พัฒนาเป็นยาได้ ซึ่งกระบวนการนี้เรียกว่า bioprospecting[20][21]

แม้วัตถุดิบธรรมชาติจะเป็นแหล่งที่ดีสำหรับการค้นหาสารประกอบใหม่ แต่กระบวนการสกัดแยกนั้นใช้ต้นทุนสูง กินระยะเวลานานและอาจไม่ได้ประสิทธิภาพ ดังนั้นในการผลิตเชิงอุตสาหกรรมจึงใช้การสังเคราะห์[22] อย่างไรก็ตามเนื่องจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติมักเป็นสารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิที่มีโครงสร้างเคมีที่ซับซ้อน ทำให้ไม่สามารถอาศัยการสังเคราะห์เพียงอย่างเดียว ในกรณีนี้จึงมีการออกแบบสาร analog ที่มีโครงสร้างคล้ายสารเป้าหมาย และมีความแรงและความปลอดภัยเทียบเท่า[23]

โพรแคริโอต

แบคทีเรีย

การค้นพบและความสำเร็จทางคลินิกของเพนิซิลลินทำให้เกิดการค้นหาผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจากจุลินทรีย์อย่างกว้างขวาง การค้นพบสเตรปโตมัยซินจากแบคทีเรียชนิด Streptomyces griseus ทำให้เกิดการตระหนักว่าแบคทีเรียเป็นอีกแหล่งผลิตภัณฑ์ธรรมชาติหนึ่งที่เป็นประโยชน์ทางเภสัชวิทยา[24] ตัวอย่างยาที่ได้จากแบคทีเรีย ได้แก่ แอมโฟเทอริซินบี คลอแรมเฟนิคอล เตตราไซคลีน โพลีมัยซินและไรฟามัยซิน

ถึงแม้ยาที่ได้จากแบคทีเรียส่วนใหญ่เป็นยาต้านการติดเชื้อ แต่บางชนิดใช้ในการแพทย์สาขาอื่น ๆ เช่น ชีวพิษโบทูลินัม สารพิษต่อระบบประสาทที่ก่อให้เกิดโรคโบทูลิซึมถูกนำมาใช้ในการรักษาภาวะกล้ามเนื้อหดเกร็ง[25] หรือบลีโอมัยซินที่ได้จากแบคทีเรียชนิด Streptomyces verticillus ใช้ในการรักษามะเร็งต่อมน้ำเหลืองชนิดฮอด์จกิน มะเร็งรังไข่และมะเร็งปากมดลูก[26]

อาร์เคีย

เนื่องจากอาร์เคียหลายชนิดอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมสุดโต่ง เช่น เขตขั้วโลก บ่อน้ำร้อน บ่อน้ำกรด บ่อน้ำด่าง ทะเลสาบน้ำเค็มและใต้มหาสมุทรลึก อาร์เคียจึงมีเอนไซม์ที่ทำงานในสภาวะไม่ปกติ เอนไซม์เหล่านี้มีศักยภาพในการนำมาใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร อุตสาหกรรมเคมี และเภสัชอุตสาหกรรม ตัวอย่างเอนไซม์ที่นำมาใช้ประโยชน์ ได้แก่ อะไมเลส พูลลูลาเนส ไซโคลมอลโทเด็กซ์ทริน กลูคาโนทรานส์เฟอเรส เซลลูเลสและไซลาเนส[27] อาร์เคียยังเป็นแหล่งสารประกอบใหม่ เช่น ไอโซพรีนิล กลีเซอรอล อีเทอร์ 1 และ 2 จาก Thermococcus S557 และ Methanocaldococcus jannaschii ตามลำดับ[28]

ยูแคริโอต

เห็ดรา

สารต้านติดเชื้อหลายชนิดได้มาจากเห็ดรา เช่น เพนนิซิลิน เซฟาโลสปอริน[24] และกริซีโอฟูลวิน[29] สารเมแทบอไลต์จากเห็ดราอื่น ๆ ที่เป็นประโยชน์รวมไปถึงโลวาสแตติน ยารักษาภาวะไขมันในเลือดสูง, ไซโคลสปอริน ยากดภูมิคุ้มกันหลังผ่าตัดปลูกถ่ายอวัยวะ, เออร์โกเมทรีน ยาบีบหลอดเลือดที่ใช้ป้องกันเลือดออกหลังคลอดบุตร[30]:Chapter 6 และแอสเพอร์ลิซิน สารที่อาจพัฒนาเป็นยารักษาความวิตกกังวล เนื่องจากมีฤทธิ์ต้านโคลีซีสโตไคนิน สารสื่อประสาทที่เชื่อว่าเกี่ยวข้องกับโรคแพนิก[31]

พืช

พืชเป็นแหล่งสำคัญของสารพฤกษเคมี ซึ่งเป็นสารที่มีโครงสร้างซับซ้อนและหลากหลาย โครงสร้างที่หลากหลายนี้เป็นผลจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติที่สิ่งมีชีวิตพัฒนาสารเพื่อปกป้องตนเองจากสัตว์กินพืช[32] สารพฤกษเคมีหลักได้แก่ ฟีนอล โพลีฟีนอล แทนนิน เทอร์พีนและแอลคาลอยด์[33] แม้จะมีการศึกษาสารเหล่านี้ไม่มาก แต่ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจากพืชหลายชนิดเป็นประโยชน์ทางการแพทย์ เช่น แพคลิแทกเซลและโอมาซีแทกซีน เมเพซักซิเนต (ยาต้านมะเร็ง)[34] อาร์ทีมิซินิน (ยาต้านมาลาเรีย)[35] และกาแลนทามีน (ยายับยั้งเอนไซม์อะซิทิลโคลีนเอสเทอเรส เพื่อรักษาโรคอัลไซเมอร์)[36] สารจากพืชอื่น ๆ ที่ใช้ในการแพทย์และเพื่อผ่อนคลายรวมถึงมอร์ฟีน โคเคน ควินิน มัสคารีนและนิโคติน[30]:Chapter 6

สัตว์

สัตว์เป็นแหล่งธรรมชาติของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติอีกแหล่ง โดยเฉพาะสัตว์มีพิษ เช่น งู แมงมุม แมงป่อง หนอนผีเสื้อ ผึ้ง ต่อ ตะขาบ มด คางคกและกบ เนื่องจากพิษสัตว์เหล่านี้ประกอบด้วยเปปไทด์ เอนไซม์ นิวคลีโอไทด์ ลิพิดและไบโอเจนิกเอมีนที่ส่งผลเฉพาะต่อมหโมเลกุลในร่างกาย (เช่น อัลฟา-บังกาโรทอกซินที่พบในงูเห่าที่ขัดขวางการส่งผ่านแอซิติลโคลีนในกล้ามเนื้อโครงร่าง ส่งผลให้เป็นอัมพาต)[37][38] ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจากสัตว์คล้ายกับในพืชคือเกิดจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ซึ่งสิ่งมีชีวิตสร้างขึ้นเพื่อใช้ล่าและปกป้องตนเอง[38] พิษสัตว์เป็นเครื่องมือสำคัญในการศึกษาหน่วยรับความรู้สึก ช่องไอออนและเอนไซม์ เนื่องจากมันส่งผลต่อเป้าหมายเฉพาะ ในบางกรณีพิษเหล่านี้นำไปพัฒนาเป็นยา เช่น ซิลาซาพริลและแคปโตพริล เป็นยาลดความดันที่สกัดจากพิษงูชนิด Bothrops jararaca[38] และไทโรไฟแบน ยาต้านเกล็ดเลือดที่สกัดจากงูชนิด Echis carinatus[39]

นอกเหนือจากสัตว์บกและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ มีการศึกษาสัตว์น้ำเช่น ปะการัง ฟองน้ำ ยูโรคอร์ดาตา หอยทากทะเลและไบรโอซัวเพื่อนำมาพัฒนาเป็นยาระงับปวด ยาต้านไวรัสและยาต้านมะเร็ง[40] ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจากสัตว์น้ำที่นำมาทำเป็นยา ได้แก่ โคโนทอกซินจากหอยเต้าปูนที่ใช้บรรเทาอาการปวด[41] และทราเบคทีดินจากยูโรคอร์ดาตาชนิด Ecteinascidia turbinata ที่ใช้รักษามะเร็งเนื้อเยื่ออ่อนแบบแพร่กระจาย[42]