Dwie rośliny, które w małych dawkach mogą powodować uszkodzenie nerwów i paraliż, mogą w rzeczywistości skrywać skarbnicę użytecznych związków - na ból, malarię, raka, a nawet do zwalczania szkodników. Naukowcom w końcu udało się odtworzyć w laboratorium część ich potężnej chemii, co może prowadzić do bardziej zrównoważonych metod leczenia opartych na naturalnych produktach.

Badanie opublikowane w czasopiśmie "Molecular Plant" skupiło się na tojadzie i ostróżeczce, a naukowcy z Michigan State University i Czeskiej Akademii Nauk połączyli siły. Rośliny te były używane w medycynie od tysięcy lat, według Garreta Millera, współpierwszego autora, obecnie adiunkta na University of Michigan-Flint. "Wiemy, że oddziałują z naszym ciałem na wiele sposobów, a zrozumienie, jak je tworzyć, może pomóc w dostarczeniu całkowicie nowych ścieżek testowania" - powiedział.

Rośliny są najlepszymi chemikami, mówi Björn Hamberger, profesor im. Jamesa K. Billmana na MSU. "Rośliny to najlepsi chemicy, doskonalący swój arsenał naturalnych związków przez miliony lat, aby pomóc im przetrwać". Ich dziełem są kofeina, kapsaicyna, mentol i wanilina - nie wspominając o wielu nowoczesnych lekach, które albo pochodzą bezpośrednio z roślin, albo są nimi inspirowane.

Laboratorium Hambergera skupia się na tych wyspecjalizowanych metabolitach i ostatnio zwróciło uwagę na ostróżeczkę (zwaną także delphinium ze względu na delfinokształtne kwiaty). Celem było zrozumienie, w jaki sposób roślina wytwarza diterpenoidowe alkaloidy - grupę substancji chemicznych, które są wysoce toksyczne, ale mogą mieć właściwości lecznicze. To od dziesięcioleci ból głowy dla naukowców, ponieważ te związki są niezwykle złożone, łącząc cechy dwóch najstarszych i największych grup roślinnych substancji chemicznych. Akonityna, dobrze znany członek tej rodziny, została wyizolowana prawie 200 lat temu, ale nikt nie zdołał jej zsyntetyzować w laboratorium.

Postęp nastąpił dzięki nieoczekiwanemu spotkaniu na konferencji w Barcelonie, gdzie Hamberger spotkał naukowców z laboratorium Tomáša Pluskala z Czeskiej Akademii Nauk, którzy badali te same alkaloidy w tojadzie (znanym również jako mniszek lekarski). Jak ujął to Hamberger: "Kiedy tak się dzieje, możemy albo iść własnymi drogami, albo połączyć siły, a to właśnie połączenie zawsze prowadzi do najlepszej nauki".

Następnie zespół wyruszył na molekularne poszukiwanie skarbów, badając kilka gatunków obu roślin i śledząc tysiące genów, aby znaleźć te aktywowane we właściwych tkankach we właściwym czasie. To jak linia montażowa, wyjaśnił Miller: "Jeśli masz dziesięć kroków z rzędu potrzebnych do zbudowania gotowego produktu, a nagle jeden przestaje działać, kolejne kroki nie mogą nastąpić". Gdy ścieżka zostanie rozwiązana, mogą przenieść instrukcje genetyczne do gospodarza, takiego jak drożdże, zamieniając go w biologiczny system produkcyjny.

Po zidentyfikowaniu obiecujących genów naukowcy przenieśli je do roślin tytoniu, które służyły jako żywe biofabryki. Zmodyfikowany tytoń pomyślnie złożył szlak: sześć enzymów współpracowało ze sobą, aby wyprodukować atyzynium, diterpenoidowy alkaloid, z nieoczekiwanym dodatkiem azotu. Daje to zespołowi punkt wyjścia do badania szerszej rodziny alkaloidów i ich potencjału leczniczego.

"Naszą wizją jest zapewnienie zielonych, zrównoważonych narzędzi, które pozwolą nam wykorzystać naturalną moc tych roślin" - powiedział Hamberger.

Materiały dostarczone przez Michigan State University. Uwaga: Treść może być edytowana pod kątem stylu i długości.