Два растения, которые в крошечных дозах могут вызвать повреждение нервов и паралич, возможно, скрывают сокровищницу полезных соединений - для лечения боли, малярии, рака и даже для борьбы с вредителями. Исследователи наконец-то выяснили, как воссоздать часть их мощной химии в лаборатории, что может привести к более устойчивым методам лечения на основе природных продуктов.
Исследование, опубликованное в журнале Molecular Plant, было сосредоточено на аконите и живокости, а ученые из Университета штата Мичиган и Чешской академии наук объединили усилия. Эти растения использовались в медицине на протяжении тысяч лет, - говорит Гаррет Миллер, первый соавтор и ныне доцент Университета Мичигана-Флинта. - Мы знаем, что они взаимодействуют с нашим организмом множеством способов, и понимание того, как их создавать, может помочь проложить совершенно новые пути тестирования.
Растения - главные химики, - говорит Бьорн Хамбергер, профессор MSU, удостоенный звания James K. Billman Endowed Professor. - Растения - лучшие химики, они совершенствуют свой арсенал природных соединений миллионы лет, чтобы выжить. Их работа включает кофеин, капсаицин, ментол и ванилин - не говоря уже о многих современных лекарствах, которые либо непосредственно получены из растений, либо вдохновлены ими.
Лаборатория Хамбергера сосредоточена на этих специализированных метаболитах и недавно обратила внимание на живокость (также называемую дельфиниумом из-за цветков, похожих на дельфинов). Цель состояла в том, чтобы понять, как растение производит дитерпеновые алкалоиды - группу химических веществ, которые очень токсичны, но могут иметь лекарственные преимущества. Это было головной болью для ученых на протяжении десятилетий, потому что эти соединения невероятно сложны, сочетая особенности двух старейших и крупнейших групп растительных химических веществ. Аконитин, хорошо известный представитель этого семейства, был выделен почти 200 лет назад, но никому не удалось синтезировать его в лаборатории.
Прогресс пришел благодаря неожиданной встрече на конференции в Барселоне, где Хамбергер встретил исследователей из лаборатории Томаша Плюскала в Чешской академии наук, которые изучали те же алкалоиды в аконите (также известном как борец). Как выразился Хамбергер: "Когда это происходит, мы можем либо пойти своим путем, либо объединиться, и именно объединение всегда приводит к лучшей науке".
Затем команда отправилась на молекулярную охоту за сокровищами, изучая несколько видов обоих растений и отслеживая тысячи генов, чтобы найти те, которые активируются в нужных тканях в нужное время. Это похоже на сборочную линию, - объяснил Миллер: "Если у вас есть десять шагов подряд, необходимых для создания готового продукта, и вдруг один выходит из строя, следующие шаги не могут произойти". Как только путь разгадан, они могут перенести генетические инструкции в хозяина, такого как дрожжи, превратив его в биологическую производственную систему.
После выявления перспективных генов исследователи перенесли их в растения табака, которые служили живыми биофабриками. Модифицированный табак успешно собрал путь: шесть ферментов работали вместе, чтобы произвести атизиний, дитерпеновый алкалоид, с неожиданным добавлением азота. Это дает команде отправную точку для изучения более широкого семейства алкалоидов и их лекарственного потенциала.
"Наше видение состоит в том, чтобы предоставить зеленые, устойчивые инструменты, которые позволят нам использовать природную силу этих растений", - сказал Хамбергер.
Материалы предоставлены Университетом штата Мичиган. Примечание: Содержание может быть отредактировано по стилю и длине.