微量で神経障害や麻痺を引き起こす2つの植物が、実は痛み、マラリア、癌、さらには害虫駆除に役立つ有用な化合物の宝庫を隠しているかもしれない。研究者たちはついに、その強力な化学物質の一部を実験室で再現する方法を解明し、天然物に基づくより持続可能な治療法につながる可能性がある。

この研究は、ジャーナル『Molecular Plant』に掲載され、ミシガン州立大学とチェコ科学アカデミーの科学者たちが協力した。これらの植物は何千年もの間、医療に使用されてきたと、共同筆頭著者で現在ミシガン大学フリント校の助教授であるガレット・ミラー氏は述べている。「これらの植物が私たちの体と多くの方法で相互作用することはわかっています。それらを生成する方法を理解することは、まったく新しい試験経路を提供するのに役立ちます」と彼は語った。

植物は究極の化学者だと、MSUのジェームズ・K・ビルマン記念教授であるビョルン・ハンバーガー氏は言う。「植物は最高の化学者であり、何百万年もの間、生き残るために天然化合物の武器を強化してきました」。彼らの手仕事には、カフェイン、カプサイシン、メントール、バニリンが含まれ、さらに植物から直接得られるか、植物に触発された多くの現代薬も含まれる。

ハンバーガー研究室はこれらの特殊な代謝物に焦点を当てており、最近ではラークスパー（イルカの形をした花からデルフィニウムとも呼ばれる）に注目した。目標は、植物がジテルペンアルカロイド（非常に毒性が高いが薬効があるかもしれない化学物質群）をどのように生成するかを理解することだった。これらの化合物は、植物化学物質の最も古くて大きな2つのグループの特徴を組み合わせた非常に複雑なものであるため、何十年もの間科学者たちの頭痛の種となってきた。このファミリーのよく知られたメンバーであるアコニチンは、約200年前に単離されたが、まだ誰も実験室で合成に成功していない。

進展は、バルセロナでの会議での予期せぬ出会いを通してもたらされた。ハンバーガー氏は、チェコ科学アカデミーのトマーシュ・プルスカル研究室の研究者たちと出会い、彼らはウルフズベイン（トリカブトとしても知られる）の同じアルカロイドを研究していた。ハンバーガー氏が言うように、「このようなことが起こったとき、私たちはそれぞれの道を行くか、一緒になるかのどちらかですが、合流することが常に最高の科学につながるのです」。

その後、チームは分子の宝探しに乗り出し、両方の植物のいくつかの種を調べ、何千もの遺伝子を追跡して、適切な組織で適切なタイミングで活性化されるものを見つけた。それは組み立てラインのようなものだとミラー氏は説明する。「完成品を組み立てるために必要な10のステップが連続してあり、突然1つが止まると、次のステップは起こりません」。経路が解明されれば、遺伝子の指示を酵母などの宿主に移し、生物学的生産システムに変えることができる。

有望な遺伝子を特定した後、研究者たちはそれらをタバコ植物に移し、生きたバイオファクトリーとして機能させた。改変されたタバコは経路をうまく組み立てた。6つの酵素が協力して、予期しない窒素の付加を伴うジテルペンアルカロイドであるアチシニウムを生成した。これにより、チームはより広いアルカロイドファミリーとその薬用可能性を研究するための出発点を得た。

「私たちのビジョンは、これらの植物の自然の力を利用できるようにする、環境に優しく持続可能なツールを提供することです」とハンバーガー氏は語った。

ミシガン州立大学提供の資料。注：内容はスタイルと長さのために編集されている場合があります。