Dve smrtonosne biljke inspirišu nove lekove: Molekularni lov na blago

Dve biljke sposobne da dovedu do oštećenja nerava i paralize pri veoma niskim dozama možda sadrže jedinjenja koja mogu da se koriste protiv bolova, malarije, raka i poljoprivrednih štetočina. Istraživači identifikovali način da reprodukuju deo ove moćne hemije u laboratorijskim uslovima, stvarajući mogući put ka održivijim tretmanima zasnovanim na prirodnim proizvodima, piše ScienceDaily.

Rad se fokusirao na jedič (Aconitum) i žavornjak (Delphinium), a okupio je naučnike sa Državnog univerziteta Mičigen (MSU) i Češke akademije nauka. Nalazi su objavljeni u žurnalu Molecular Plant.

- Ove biljke se u različitim oblicima medicine širom sveta koriste hiljadama godina. Znamo kako one interaguju sa našim telima na mnogo načina, a razumevanje toga kako da ih stvorimo u laboratoriji može pomoći u pružanju potpuno novih puteva testiranja - rekao je bivši student MSU Geret Miler, sad docent biotehnologije na Univerzitetu Mičigen u Flintu.

Uprkos velikom napretku moderne nauke, biljke ostaju neprevaziđene u svojoj sposobnosti da proizvode složene prirodne hemikalije.

- Biljke su najbolji hemičari na svetu, koji su milionima godina unapređivali svoj arsenal prirodnih jedinjenja kako bi preživeli - rekao je Bjern Hamberger, autor studije i profesor na Katedri za biohemiju i molekularnu biologiju MSU.

- Ljudi su pronašli bezbroj upotreba za ove molekule u svakodnevnom životu. To uključuje kofein, kapsaicin, mentol i vanilin, a da ne pominjemo činjenicu da mnogi lekovi koje danas koristimo ili potiču direktno iz biljaka ili su inspirisani biljnom hemijom - dodala je Lana Mutabdžija, doktorantkinja na Češkoj akademiji nauka i jedna od prvih autora najnovijeg rada.

Laboratorija Hamberger na MSU proučava ove prirodne supstance, poznate kao specijalizovani metaboliti, i istražuje kako bi se one mogle praktično primeniti. Poslednjih godina, grupa je usmerila pažnju na žavornjak. Istraživači su želeli da utvrde kako biljka proizvodi diterpenoidne alkaloide, grupu hemikalija koje su veoma toksične, ali mogu imati i korisna medicinska svojstva.

Razotkrivanje ovog procesa predstavljalo je veliki izazov.

Diterpenoidni alkaloidi kombinuju karakteristike dve najstarije i najveće grupe biljnih hemikalija na planeti. Njihove strukture su toliko komplikovane da su se naučnici decenijama borili da razumeju kako ih tačno biljke konstruišu.

Akonitin, jedno od najpoznatijih jedinjenja u ovoj porodici, izolovan je pre skoro 200 godina. Uprkos tome, istraživači ga još nisu uspešno sintetisali u laboratoriji. Projekat je dobio zamah kroz neočekivano partnerstvo.

Na naučnoj konferenciji u Barseloni, Hamberger je upoznao istraživače iz laboratorije Tomaša Pluskala sa Češke akademije nauka. Pluskalova grupa, uključujući Lanu Mutabdžiju, proučavala je istu tešku porodicu diterpenoidnih alkaloida u jediču, čuvenom otrovnom rođaku žavornjaka.

- Kada se to dogodi, možemo ili svako svojim putem, ili se udružiti, a upravo udruživanje uvek vodi do najbolje nauke - rekao je Hamberger.

Nakon udruživanja snaga, međunarodni tim je krenuo da identifikuje precizan redosled biohemijskih koraka koje jedič i žavornjak koriste za stvaranje diterpenoidnih alkaloida. Potraga je ličila na molekularni lov na blago. Istraživači su ispitali nekoliko vrsta obe biljke i pratili hiljade gena, tražeći one koji su se „uključili“ u pravim tkivima u pravom trenutku.

- Biosintetički put možete zamisliti skoro kao montažnu traku. Ako imate deset koraka u nizu potrebnih za izgradnju gotovog proizvoda, i odjednom jedan prestane, sledeći koraci se ne mogu dogoditi - rekao je Miler, koji je doktorirao u Hambergerovoj laboratoriji.

Biljke generalno proizvode specijalizovane metabolite u veoma malim količinama i sporim tempom. Identifikovanje biohemijskih puteva koji stoje iza njih je stoga ključno za proizvodnju ovih jedinjenja u većem obimu i njihovu primenu na probleme u stvarnom svetu.

Kada istraživači odgonetnu put, oni mogu preneti genetska uputstva za izgradnju jedinjenja u modifikovanog domaćina, kao što je kvasac. Ovaj oblik bio-hakovanja može pretvoriti domaćina u biološki proizvodni sistem, omogućavajući mu da proizvodi veće količine željene hemikalije za dalja istraživanja i razvoj.

- U idealnom scenariju, ovo bi na kraju moglo pomoći u stvaranju novih lekova inspirisanih ovim prirodnim proizvodima - rekla je Mutabdžija.

Nakon što su identifikovali obećavajuću kolekciju gena iz jediča i žavornjaka, istraživači su ta genetska uputstva preneli u biljke duvana. Duvan je poslužio kao pogodna živa fabrika za testiranje da li geni mogu da reprodukuju hemijski proces biljaka.

Analiza je pokazala da su modifikovane biljke duvana sastavile put koji je tim tražio. Šest različitih enzima radilo je zajedno na proizvodnji atisinijuma, diterpenoidnog alkaloida. Enzimi su pomogli u oblikovanju molekula u njegovu složenu konačnu strukturu. Takođe su omogućili dodavanje esencijalnog izvora azota koji istraživači nisu očekivali.

Identifikovanjem prvih biohemijskih koraka potrebnih za stvaranje atisinijuma, tim je dobio važnu polaznu tačku za proučavanje šire porodice diterpenoidnih alkaloida i njihovih potencijalno korisnih medicinskih svojstava.

- Naša vizija je da obezbedimo zelene, održive alate koji će nam omogućiti da iskoristimo prirodnu moć ovih biljaka - zaključio je Hamberger.

(Telegraf Nauka/ScienceDaily)