Лимоноиды представляют собой класс растительных натуральных продуктов, сложный химический состав которых интенсивно исследуется более 50 лет.
Самый известный лимоноид, азадирахтин, известен тем, что он безвреден для пчел, но обладает сильным эффектом против насекомых; другие хорошо известны тем, что придают цитрусовым фруктам горечь, в то время как другие примеры, такие как нимболид, исследуются на предмет потенциального фармацевтического применения против рака.
Тем не менее, несмотря на такое количество исследований, как растения вообще начинают производить эти полезные химические вещества, до сих пор остается загадкой.
Исследователи из Центра Джона Иннеса и Стэнфордского университета обнаружили новые гены, кодирующие эту ценную химию.
Команда использовала ресурсы для анализа генома, чтобы идентифицировать три новых фермента, которые могут производить предшественник лимоноида мелианол и, таким образом, представляют собой начальные этапы биосинтеза лимоноида.
Из-за сложной химической структуры лимоноидов сложно химически синтезировать эти натуральные продукты. В результате их использование в настоящее время ограничено тем, что можно извлечь из растительного сырья.
Понимание того, как производится мелианол, открывает двери для метаболической инженерии лимоноидов, в которой недавно открытые гены могут экспрессироваться в растениях или микробах-хозяевах. Это шаг к крупномасштабному производству лимоноидных фармацевтических препаратов и возможному созданию устойчивых к насекомым культур.
Если бы эта инженерия могла быть достигнута, тогда можно было бы выращивать сельскохозяйственные культуры с присущей им устойчивостью к насекомым, что могло бы уменьшить зависимость от применения химикатов для защиты урожая. Кроме того, большее количество полезных лимоноидов может быть предоставлено фармацевтической промышленности, что может ускорить исследования потенциальных медицинских применений лимоноидов», - объясняет ведущий автор Ханна Ходжсон.
«Наш следующий шаг - найти и охарактеризовать оставшиеся ферменты, необходимые для превращения мелианола в лимоноиды. Это будет сложной задачей, но мы считаем, что определение ферментов, необходимых для производства мелианола, представляет собой сильную отправную точку», - добавляет она..
Лимоноиды производятся из растений, принадлежащих к семействам красного дерева (Meliaceae) и цитрусовых (Rutaceae).
Здесь команда Центра Джона Иннеса охарактеризовала ферменты Melia azedarach, тропического дерева из семейства Meliaceae. Сотрудники Стэнфордского университета обнаружили и протестировали аналогичные гены Citrus sinensis (сладкого апельсина), принадлежащего к другому семейству растений (Rutaceae). Три гена, обнаруженные командой из Стэнфорда, также производят мелианол, что позволяет предположить, что начало биосинтеза лимоноидов является общим для этих двух разных семейств растений.