Две растенија способни да предизвикаат оштетување на нервите и парализа при многу ниски дози може да содржат соединенија што можат да се користат против болка, маларија, рак и земјоделски штетници. Истражувачите идентификуваа начин за репродуцирање на дел од оваа моќна хемија во лабораториски услови, создавајќи можен пат кон поодржливи третмани базирани на природни производи, пишува ScienceDaily .
Работата се фокусираше на Аконитум и Делфиниум , а ги здружи научниците од Државниот универзитет во Мичиген (MSU) и Чешката академија на науките. Наодите беа објавени во списанието Molecular Plant.
Овие растенија се користат во различни форми на медицина низ целиот свет илјадници години. Знаеме како тие комуницираат со нашите тела на многу начини, а разбирањето како да ги создадеме во лабораторија може да помогне во обезбедувањето сосема нови начини за тестирање, рече поранешниот студент на МСУ, Гарет Милер, сега доцент по биотехнологија на Универзитетот во Мичиген во Флинт.
И покрај големиот напредок на модерната наука, растенијата остануваат ненадминливи во нивната способност да произведуваат сложени природни хемикалии.
– Растенијата се најдобрите хемичари во светот, кои го подобруваат својот арсенал од природни соединенија милиони години за да преживеат – рече Бјорн Хамбергер, автор на студијата и професор на Одделот за биохемија и молекуларна биологија на МСУ.
– Луѓето пронашле безброј употреби за овие молекули во секојдневниот живот. Тие вклучуваат кофеин, капсаицин, ментол и ванилин, а да не го спомнуваме фактот дека многу од лековите што ги користиме денес или доаѓаат директно од растенија или се инспирирани од растителната хемија – додаде Лана Мутабџија, докторант на Чешката академија на науките и еден од првите автори на најновиот труд.
Лабораторијата Хамбергер на МСУ ги проучува овие природно присутни супстанции, познати како специјализирани метаболити, и истражува како тие би можеле да се применат во практична употреба. Во последниве години, групата го насочи своето внимание кон штурицата. Истражувачите сакаа да утврдат како растението произведува дитерпеноидни алкалоиди, група хемикалии кои се многу токсични, но можат да имаат и корисни лековити својства.
Разоткривањето на овој процес беше голем предизвик.
Дитерпеноидните алкалоиди ги комбинираат карактеристиките на две од најстарите и најголемите групи растителни хемикалии на планетата. Нивните структури се толку комплицирани што научниците со децении се мачат да разберат точно како растенијата ги градат.
Аконитинот, едно од најпознатите соединенија во ова семејство, бил изолиран пред речиси 200 години. И покрај ова, истражувачите сè уште не го синтетизирале успешно во лабораторија. Проектот доби на интензитет преку неочекувано партнерство.
На научна конференција во Барселона, Хамбергер се сретна со истражувачи од лабораторијата на Томаш Плушкал од Чешката академија на науките. Групата на Плушкал, во која беше вклучена и Лана Мутабџија, го проучуваше истото тешко семејство на дитерпеноиди кај трнливиот грмун, познат отровен роднина на шепата.
– Кога тоа ќе се случи, можеме или да тргнеме по свој пат или да се здружиме, а токму здружувањето секогаш води до најдобрата наука – рече Хамбергер.
Откако ги здружи силите, меѓународниот тим се зафати со идентификување на прецизната секвенца на биохемиски чекори што ги користат трнливите грмушки и шепата за да создадат дитерпеноидни алкалоиди. Пребарувањето наликуваше на молекуларен лов на богатство. Истражувачите испитаа неколку видови на обете растенија и следеа илјадници гени, барајќи ги оние што се „вклучија“ во вистинските ткива во вистинско време.
– Можете да го замислите биосинтетскиот пат речиси како монтажна линија. „Ако имате десет чекори во низа потребни за да се изгради готов производ, и одеднаш еден од нив запре, следните чекори не можат да се случат“, рече Милер, кој го заврши својот докторат во лабораторијата на Хамбергер.
Растенијата генерално произведуваат специјализирани метаболити во многу мали количини и со бавна брзина. Затоа, идентификувањето на биохемиските патишта што стојат зад нив е клучно за производство на овие соединенија на поголем обем и нивна примена во проблеми од реалниот свет.
Откако истражувачите ќе го откријат патот, тие можат да ги пренесат генетските инструкции за градење на соединението во модифициран домаќин, како што е квасецот. Оваа форма на биохакирање може да го претвори домаќинот во биолошки производствен систем, дозволувајќи му да произведува поголеми количини на посакуваната хемикалија за понатамошно истражување и развој
Во идеално сценарио, ова на крајот би можело да помогне во создавањето нови лекови инспирирани од овие природни производи – рече Мутабџија.
Откако идентификуваа ветувачка колекција на гени од трнливиот грмун и шеширот, истражувачите ги пренесоа тие генетски инструкции во растенијата тутун. Тутунот служеше како практична фабрика за живот за да се тестира дали гените можат да го репродуцираат хемискиот процес на растенијата.
Анализата покажа дека модифицираните тутунски растенија го составиле патот што го барал тимот. Шест различни ензими работеле заедно за да произведат атисиниум, дитерпеноиден алкалоид. Ензимите помагаат во обликувањето на молекулата во нејзината комплексна конечна структура. Тие исто така овозможија додавање на суштински извор на азот што истражувачите не го предвиделе.
Со идентификување на првите биохемиски чекори потребни за создавање атизиниум, тимот доби важна почетна точка за проучување на поширокото семејство на дитерпеноидни алкалоиди и нивните потенцијално корисни лековити својства.
– Нашата визија е да обезбедиме зелени, одржливи алатки што ќе ни овозможат да ја користиме природната моќ на овие растенија – заклучи Хамбергер.
