Аконит и дельфиниум нейротоксичны и могут вызывать паралич даже в крайне низких дозах, однако их химические свойства веками использовались для лечения боли, малярии, рака и паразитов. Недавно ученые попытались воссоздать некоторые растительные соединения в лабораторных условиях, чтобы открыть путь к разработке новых методов лечения.
В работе участвовали исследователи из Мичиганского государственного университета и Чешской академии наук. Их выводы, посвященные акониту и дельфиниуму, опубликованы в журнале Molecular Plant.
«Эти растения использовались в различных медицинских целях по всему миру на протяжении тысячелетий, – рассказал Гаррет Миллер, один из первых авторов статьи и ныне доцент кафедры биотехнологии в Мичиганском университете во Флинте. – Мы знаем, что они [растительные химические соединения] взаимодействуют с нашим организмом множеством способов, и понимание того, как их создавать, может помочь открыть совершенно новые пути тестирования».
Даже после столетий научного прогресса воспроизведение химической сложности растений по-прежнему остается сложной задачей, отмечают ученые. По словам Бьорна Хамбергера, соавтора исследования и профессора кафедры биохимии и молекулярной биологии имени Джеймса К. Биллмана в Университете штата Мичиган, растения — это «лучшие химики в мире, они на протяжении миллионов лет совершенствовали свой арсенал природных соединений, чтобы выживать».
«Люди нашли бесчисленное множество применений этим молекулам в повседневной жизни, – добавила Лана Мутабджия, аспирантка Чешской академии наук и соавторка статьи. – К ним относятся кофеин, капсаицин, ментол и ванилин, не говоря уже о том, что многие лекарства, которые мы используем сегодня, либо получены непосредственно из растений, либо созданы на основе растительной химии».
В лаборатории профессора Хамбергера в Университете штата Мичиган изучаются эти соединения, известные как специализированные метаболиты, и исследуется возможность практического применения их химических свойств. В последние годы ученые обратили свое внимание на дельфиниум (живокость) и решили определить, как он производит дитерпеноидные алкалоиды – группу химических веществ, которые являются высокотоксичными, но перспективными для медицинских целей.
Задача была непростой. Дитерпеноидные алкалоиды сочетают свойства двух старейших и крупнейших групп растительных химических веществ, что обуславливает их исключительно сложную молекулярную структуру. Аконитин, один из наиболее известных примеров, был выделен почти 200 лет назад, однако ученым до сих пор не удалось синтезировать его в лабораторных условиях.
Проект получил новый импульс благодаря неожиданной встрече. На научной конференции в Барселоне Хамбергер встретился с учеными из лаборатории Томаша Плюскала в Чешской академии наук. Мутабджия и другие члены Плюскальской группы исследовали тот же сложный класс соединений в аконите, ядовитом родственнике дельфиниума.
Объединив усилия, ученые поставили перед собой задачу определить точный биохимический путь, который используют аконит и дельфиниум для образования дитерпеноидных алкалоидов. Они сравнили несколько видов и изучили тысячи генов, ища те, которые активировались в нужных тканях растений на нужной стадии производства соединения.
«Можно представить себе биосинтетический путь почти как конвейер, – рассказал Гаррет Миллер. – Если для создания готового продукта необходимо выполнить десять последовательных шагов, и вдруг один из них прерывается, то следующие не смогут произойти».
Растения естественным образом синтезируют специализированные метаболиты в очень малых количествах и часто с низкой скоростью. Поэтому идентификация генов и ферментов, лежащих в основе этого процесса, имеет важное значение, прежде чем исследователи смогут попытаться производить эти соединения в больших масштабах. После того как механизм метаболизма будет понят, его генетические инструкции можно перенести в генетически модифицированный организм-хозяин, например, дрожжи. Затем организм-хозяин может начать производство целевого соединения в больших количествах для дальнейших исследований и разработок.
«В идеальном сценарии это в конечном итоге может помочь в создании новых лекарств, вдохновленных этими природными продуктами», — отметила Лана Мутабджия.
Сузив круг поиска до перспективной коллекции генов аконита и дельфиниума, исследователи внедрили эти инструкции в растения табака и использовали их в качестве биологических фабрик. Химический анализ модифицированного табака выявил искомую ими конвейерную линию. Шесть различных ферментов работали вместе, чтобы произвести атизиний, один из дитерпеноидных алкалоидов. Ферменты направили молекулу в ее сложную конечную структуру и помогли добавить жизненно важный источник азота, которого исследователи не ожидали.
Выявление этих ранних биохимических этапов дает ученым отправную точку для исследования более широкого семейства дитерпеноидных алкалоидов и их потенциально полезных лечебных свойств. Профессор Хамбергер отметил: «Наша цель – предоставить экологически чистые и устойчивые инструменты, которые позволят нам использовать природную силу этих растений».
Поддержите меня переводом с карты по ссылке или QR-коду.
Поддержите меня донатом на Boosty.
Там же можно подписаться на ежемесячную поддержку.
Поделитесь этим постом!
Больше на Сто растений, которые нас убили
Подпишитесь, чтобы получать последние записи по электронной почте.
