Twee planten die in kleine doses zenuwschade en verlamming kunnen veroorzaken, verbergen misschien wel een schatkamer aan nuttige verbindingen - voor pijn, malaria, kanker en zelfs ongediertebestrijding. Onderzoekers hebben eindelijk uitgevonden hoe ze een deel van hun krachtige chemie in het lab kunnen nabootsen, wat kan leiden tot duurzamere behandelingen op basis van natuurlijke producten.
De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Molecular Plant, richtte zich op wolfskruid en ridderspoor, met wetenschappers van de Michigan State University en de Tsjechische Academie van Wetenschappen die de krachten bundelden. Deze planten worden al duizenden jaren in de geneeskunde gebruikt, volgens Garret Miller, een co-eerste auteur en nu assistent-professor aan de University of Michigan-Flint. "We weten dat ze op vele manieren met ons lichaam interageren, en het begrijpen hoe we ze kunnen maken, kan helpen bij het testen van totaal nieuwe routes," zei hij.
Planten zijn de ultieme chemici, zegt Björn Hamberger, de James K. Billman Endowed Professor aan de MSU. "Planten zijn de beste chemici ter wereld, die hun arsenaal aan natuurlijke verbindingen gedurende miljoenen jaren hebben verbeterd om te overleven." Hun handwerk omvat cafeïne, capsaïcine, menthol en vanilline - om nog maar te zwijgen van veel moderne medicijnen die ofwel rechtstreeks uit planten komen of erdoor geïnspireerd zijn.
Het Hamberger Lab richt zich op deze gespecialiseerde metabolieten en richtte onlangs zijn aandacht op ridderspoor (ook wel delphinium genoemd vanwege zijn dolfijnvormige bloemen). Het doel was om te begrijpen hoe de plant diterpenoïde alkaloïden produceert - een groep chemicaliën die zeer giftig zijn maar mogelijk medicinale voordelen hebben. Dit is al tientallen jaren een hoofdpijn voor wetenschappers omdat deze verbindingen ongelooflijk complex zijn en kenmerken combineren van twee van de oudste en grootste groepen plantchemicaliën. Aconitine, een bekend lid van deze familie, werd bijna 200 jaar geleden geïsoleerd, maar niemand heeft het ooit met succes in het lab gesynthetiseerd.
Vooruitgang kwam door een onverwachte ontmoeting op een conferentie in Barcelona, waar Hamberger onderzoekers ontmoette van het lab van Tomáš Pluskal aan de Tsjechische Academie van Wetenschappen, die dezelfde alkaloïden in wolfskruid (ook bekend als monnikskap) bestudeerden. Zoals Hamberger het verwoordde: "Wanneer dit gebeurt, kunnen we ofwel onze eigen weg gaan, of samenkomen, en het is juist het samengaan dat altijd leidt tot de beste wetenschap."
Het team begon toen aan een moleculaire speurtocht, waarbij ze verschillende soorten van beide planten onderzochten en duizenden genen volgden om die te vinden die op het juiste moment in de juiste weefsels worden geactiveerd. Het is als een lopende band, legde Miller uit: "Als je tien stappen op een rij nodig hebt om een eindproduct te bouwen, en plotseling stopt er één, dan kunnen de volgende stappen niet plaatsvinden." Zodra de route is opgelost, kunnen ze de genetische instructies overbrengen naar een gastheer zoals gist, waardoor het een biologisch productiesysteem wordt.
Na het identificeren van veelbelovende genen, brachten de onderzoekers ze over naar tabaksplanten, die dienden als levende biofabrieken. De gemodificeerde tabak stelde de route met succes samen: zes enzymen werkten samen om atisinium, een diterpenoïde alkaloïde, te produceren, met een onverwachte stikstoftoevoeging. Dit geeft het team een startpunt voor het bestuderen van de bredere alkaloïdenfamilie en zijn medicinale potentieel.
"Onze visie is om groene, duurzame hulpmiddelen te bieden waarmee we de natuurlijke kracht van deze planten kunnen benutten," zei Hamberger.
Materiaal geleverd door Michigan State University. Let op: inhoud kan zijn bewerkt voor stijl en lengte.