Растения - от клена или тиса до кукурузы на придорожных полях - производят бесчисленное множество соединений, также известных как натуральные продукты, которые растения производят с помощью ферментов, предопределенных их генетическим кодом. Многие из этих натуральных продуктов очень полезны в качестве антибиотиков, противораковых препаратов или витаминов, среди множества других применений. Многие из этих соединений слишком сложны для синтеза в лаборатории, но их можно выделить из растений, в которых они обнаружены.
Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, посвящено тритерпенам, большой группе натуральных растительных продуктов с рядом биологических функций и потенциальных применений в медицине (например, в качестве противомикробных препаратов), промышленности (например,, в качестве пеногасителей) и других областях, включая перспективное использование в качестве натурального подсластителя, значительно более сладкого, чем сахар.
Исследователи исследования сообщают, что изменение генетического кода для одной аминокислоты в растении запускает процесс, который изменяет форму и функцию фермента, изменяя свертывание химического предшественника, метод, который можно считать химическим оригами, производство нового природного продукта с множеством потенциальных применений. В частности, они изменили аминокислоту в первом ферменте на пути производства натурального продукта, который защищает растение овса от грибковых патогенов, тем самым обеспечивая устойчивость к болезням. В дополнение ко многим разновидностям растений овса полученные ими знания применимы и к другим культурам.
Растения функционируют как фабрики по производству химических веществ, и их можно модифицировать, чтобы производить определенные химические соединения, многие из которых могут быть полезны способами, которые мы еще не понимаем. Изменение того, как фермент сворачивает химический предшественник, в результате чего образуется новое соединение, аналогично изменению конструкции или плана станка, используемого на автомобильном заводе или заводе по производству холодильников. Детали - двери или приспособления - которые производит инструмент, также изменятся.
«Изменение или модификация растений - не новая концепция. Люди успешно занимаются этим уже тысячи лет», - сказал соавтор исследования Роберт Минто, доцент кафедры химии и химической биологии в Школе наук Индианы. Университет-Пердью, Индианаполис. «В исследовании PNAS мы заменили одну аминокислоту в (ферменте) на кончике корня растения овса, чтобы изменить функцию одного фермента. Возможность войти и сделать это напрямую гораздо эффективнее, чем кросс- селекционировать растения, пока вы, наконец, не получите правильную версию гена для производства желаемого вами натурального продукта».
«Консервативный аминокислотный остаток, критический для специфичности продукта и субстрата в тритерпенсинтазах растений» опубликован в vol. 113, нет. 30 Трудов Национальной академии наук. Авторами помимо Минто являются Мелисса Салмон, Рамеша Б. Тиммаппа, Рэйчел Э. Мелтон, Ричард К. Хьюз, Пол Э. О'Мэйл, Эндрю М. Хеммингс и Энн Осборн. Исследование финансировалось за счет гранта Европейского Союза KBBE-2013-7, гранта Стратегической программы Института Совета по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук «Понимание и использование растительного и микробного метаболизма» BB/J004561/1, Фонда Джона Иннеса и других источников.
Исследование проводилось в лаборатории Осборна в Центре Джона Иннеса, Нориджский исследовательский парк в Великобритании, где Минто провел пятимесячный творческий отпуск.
В своей собственной лаборатории в Школе наук IUPUI Минто фокусируется на различных натуральных продуктах. В настоящее время он и его студенты и аспиранты модифицируют жирные кислоты в дрожжах с конечной целью определения путей получения натуральных продуктов с терапевтическим и экономическим потенциалом. В прошлой работе он определил, как растения эхинацеи, широко используемые в качестве травяной добавки для минимизации симптомов простуды, производят натуральные продукты промышленного и сельскохозяйственного значения.
«Когда мы пробуем биоинженерию, мы ищем что-то вроде дрожжей, которые легко вырастить», - сказал Минто. «Наша цель - определить соединения для медицинских, экологических и других целей, которые можно возобновляемо производить в значительных количествах по разумной цене».