Två växter som kan orsaka nervskador och förlamning i små doser kanske faktiskt döljer en skattkista av användbara föreningar – mot smärta, malaria, cancer och till och med skadedjursbekämpning. Forskare har äntligen listat ut hur man kan återskapa en bit av deras potenta kemi i labbet, vilket kan leda till mer hållbara behandlingar baserade på naturprodukter.

Studien, publicerad i tidskriften Molecular Plant, fokuserade på stormhatt och riddarsporre, med forskare från Michigan State University och Tjeckiska vetenskapsakademin som gick samman. Dessa växter har använts inom medicin i tusentals år, enligt Garret Miller, en av huvudförfattarna och nu biträdande professor vid University of Michigan-Flint. ”Vi vet att de interagerar med våra kroppar på många sätt, och att förstå hur man skapar dem kan hjälpa till att ge helt nya testvägar”, sa han.

Växter är de ultimata kemisterna, säger Björn Hamberger, James K. Billman Endowed Professor vid MSU. ”Växter är de bästa kemisterna, de förbättrar sin arsenal av naturliga föreningar under miljontals år för att överleva.” Deras verk inkluderar koffein, capsaicin, mentol och vanillin – för att inte tala om många moderna läkemedel som antingen kommer direkt från växter eller är inspirerade av dem.

Hamberger Lab fokuserar på dessa specialiserade metaboliter och har nyligen riktat sin uppmärksamhet mot riddarsporre (även kallad delphinium för sina delfinformade blommor). Målet var att förstå hur växten producerar diterpenoidalkaloider – en grupp kemikalier som är mycket giftiga men kan ha medicinska fördelar. Detta har varit en huvudvärk för forskare i årtionden eftersom dessa föreningar är otroligt komplexa och kombinerar egenskaper från två av de äldsta och största grupperna av växtkemikalier. Akonitin, en välkänd medlem av denna familj, isolerades för nästan 200 år sedan, men ingen har framgångsrikt syntetiserat det i labbet.

Framsteg kom genom ett oväntat möte på en konferens i Barcelona, där Hamberger träffade forskare från Tomáš Pluskals labb vid Tjeckiska vetenskapsakademin, som studerade samma alkaloider i stormhatt (även känd som munkhuva). Som Hamberger uttryckte det: ”När detta händer kan vi antingen gå våra egna vägar, eller komma samman, och det är att gå samman som alltid leder till den bästa vetenskapen.”

Teamet gav sig sedan ut på en molekylär skattjakt, undersökte flera arter av båda växterna och spårade tusentals gener för att hitta de som aktiveras i rätt vävnader vid rätt tidpunkt. Det är som en löpande band, förklarade Miller: ”Om du har tio steg i rad som behövs för att bygga en färdig produkt, och plötsligt slutar ett, kan nästa steg inte hända.” När vägen är löst kan de överföra de genetiska instruktionerna till en värd som jäst, vilket gör den till ett biologiskt produktionssystem.

Efter att ha identifierat lovande gener överförde forskarna dem till tobaksväxter, som fungerade som levande biofabriker. Den modifierade tobaken satte ihop vägen framgångsrikt: sex enzymer arbetade tillsammans för att producera atisinium, en diterpenoidalkaloid, med ett oväntat kvävetillskott. Detta ger teamet en utgångspunkt för att studera den bredare alkaloidfamiljen och dess medicinska potential.

”Vår vision är att tillhandahålla gröna, hållbara verktyg som gör att vi kan utnyttja dessa växters naturliga kraft”, sa Hamberger.

Material tillhandahållet av Michigan State University. Obs: Innehållet kan ha redigerats för stil och längd.