극소량으로 신경 손상과 마비를 일으킬 수 있는 두 식물이 실제로는 통증, 말라리아, 암, 심지어 해충 방제에 유용한 화합물의 보고를 숨기고 있을지도 모른다. 연구자들은 마침내 이들의 강력한 화학 작용의 일부를 실험실에서 재현하는 방법을 알아냈으며, 이는 천연물에 기반한 더 지속 가능한 치료법으로 이어질 수 있다.

저널 Molecular Plant에 게재된 이 연구는 Michigan State University와 Czech Academy of Sciences의 과학자들이 힘을 합쳐 투구꽃과 제비고깔에 초점을 맞췄다. 이 식물들은 수천 년 동안 의학에 사용되어 왔다고 공동 제1저자이자 현재 University of Michigan-Flint의 조교수인 Garret Miller는 말한다. "우리는 이들이 우리 몸과 다양한 방식으로 상호작용한다는 것을 알고 있으며, 이들을 만드는 방법을 이해하는 것은 완전히 새로운 테스트 경로를 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 그는 말했다.

식물은 궁극의 화학자라고 MSU의 James K. Billman 석좌교수인 Björn Hamberger는 말한다. "식물은 주변에서 가장 훌륭한 화학자이며, 수백만 년에 걸쳐 생존을 돕기 위해 천연 화합물 무기고를 업그레이드해 왔습니다." 그들의 작품에는 카페인, 캡사이신, 멘톨, 바닐린이 포함되며, 식물에서 직접 유래하거나 영감을 받은 많은 현대 의약품은 말할 것도 없다.

Hamberger 연구실은 이러한 특수 대사 산물에 초점을 맞추고 있으며, 최근에는 제비고깔(돌고래 모양의 꽃 때문에 델피니움이라고도 함)로 관심을 돌렸다. 목표는 식물이 디테르페노이드 알칼로이드(독성이 매우 높지만 의학적 이점이 있을 수 있는 화학 물질 그룹)를 어떻게 생산하는지 이해하는 것이었다. 이는 수십 년 동안 과학자들에게 골칫거리였는데, 이러한 화합물은 식물 화학 물질의 가장 오래되고 큰 두 그룹의 특징을 결합하여 매우 복잡하기 때문이다. 이 계열의 잘 알려진 구성원인 아코니틴은 거의 200년 전에 분리되었지만, 아직 아무도 실험실에서 성공적으로 합성하지 못했다.

진전은 바르셀로나에서 열린 회의에서 예상치 못한 만남을 통해 이루어졌다. Hamberger는 Czech Academy of Sciences의 Tomáš Pluskal 연구실 연구자들을 만났는데, 그들은 투구꽃(승모초라고도 함)에서 동일한 알칼로이드를 연구하고 있었다. Hamberger가 말했듯이, "이런 일이 발생하면 우리는 각자의 길을 가거나 함께 할 수 있으며, 합류하는 것이 항상 최고의 과학으로 이어집니다."

그런 다음 팀은 분자 사냥에 착수하여 두 식물의 여러 종을 조사하고 수천 개의 유전자를 추적하여 적절한 조직에서 적절한 시기에 활성화되는 유전자를 찾았다. 그것은 조립 라인과 같다고 Miller는 설명했다. "완제품을 만드는 데 필요한 10단계가 연속으로 있을 때 갑자기 하나가 멈추면 다음 단계가 일어날 수 없습니다." 경로가 해결되면 유전자 지침을 효모와 같은 숙주로 옮겨 생물학적 생산 시스템으로 전환할 수 있다.

유망한 유전자를 식별한 후 연구자들은 이를 담배 식물로 옮겼고, 이는 살아있는 생물 공장 역할을 했다. 변형된 담배는 경로를 성공적으로 조립했다. 6개의 효소가 협력하여 예상치 못한 질소 추가와 함께 디테르페노이드 알칼로이드인 아티시늄을 생산했다. 이는 팀에게 더 넓은 알칼로이드 계열과 그 의학적 잠재력을 연구하기 위한 출발점을 제공한다.

"우리의 비전은 이 식물들의 자연적 힘을 활용할 수 있는 친환경적이고 지속 가능한 도구를 제공하는 것입니다."라고 Hamberger는 말했다.

자료 제공: Michigan State University. 참고: 내용은 스타일과 길이에 따라 편집될 수 있습니다.