С древних времен человечество использовало растения для лечения болезней. Примером может служить растение Artemisia annua, которое более 2000 лет используется в традиционной китайской медицине для лечения перемежающейся лихорадки. В настоящее время молекула артемизинина - активный ингредиент, синтезируемый в микроскопических волосках (трихомах) этого растения, - является основным компонентом лечения малярии во всем мире. Фактически, китайский ученый Юю Ту был удостоен в 2015 году Нобелевской премии по медицине за открытие артемизинина и его применение в терапии малярии.
Независимо от эффективности артемизинина против малярии и других заболеваний, вызываемых паразитами, и несмотря на его противоопухолевый потенциал, его использование сталкивается с проблемой: низкое содержание, производимое растением, и высокая стоимость его химического синтеза приводят к дефициту и дорогой препарат.
Теперь международная исследовательская группа во главе с исследователями из Центра исследований в области сельскохозяйственной геномики (CRAG) и Sequentia Biotech S. L. удалось получить с помощью генной инженерии растения Artemisia annua, которые производят в два раза больше артемизинина. Работа, опубликованная сегодня в The Plant Journal, идентифицирует ген, участвующий в формировании трихом растений и в синтезе терпенов, таких как артемизинин. «Мы обнаружили, что ген AaMYB1 выполняет двойную функцию: он способствует образованию трихом в листьях и синтезу артемизинина внутри трихом», - объясняет Сорайя Пелаз, исследователь ICREA в CRAG и старший автор статьи. «Управляя этим геном, нам удалось вырастить растения, которые содержат гораздо больше артемизинина, чем их аналоги дикого типа», - добавляет она. Учитывая, что 90% случаев малярии и 92% смертей, вызванных этим заболеванием, происходят в странах Африки к югу от Сахары, это открытие может стать важным шагом на пути к снижению затрат на производство столь необходимого лекарства.
Завод как завод
Это исследование является прекрасным примером передачи знаний. Луис Матиас-Эрнандес, первый автор обсуждаемой работы, начал изучать образование трихом на модельном растении Arabidopsis thaliana, когда был научным сотрудником группы CRAG под руководством Сорайи Пелаз. Приобретенное понимание заставило его подумать, что образованием трихом можно управлять в растениях, имеющих промышленное применение. В течение последних двух лет, благодаря контракту с Торресом Кеведо, Луис Матиас-Эрнандес руководил направлением исследований, направленных на получение растений полыни, производящих большое количество артемизинина, в дочерней компании Sequentia Biotech, из которой он продолжает сотрудничать с СКАЛЫ
"Одной из основных целей Sequentia Biotech является производство артемизинина такого же качества, но по более низкой цене. Наша цель - снизить цену на препарат, чтобы в будущем он стал доступен каждому. ", - подчеркивает Луис Матиас-Эрнандес.«Мы хотим использовать полынь как естественную недорогую фабрику по производству противомалярийных препаратов, и для этого мы тестируем различные стратегии», - добавляет исследователь.
Помимо артемизинина
В сотрудничестве с Питером Э. Броделиусом, исследователем из Университета Линнея в Швеции, ученые смогли идентифицировать ген AaMYB1 среди множества генов, экспрессируемых трихомами полыни. Исследователи из CRAG разработали трансгенные растения со сверхэкспрессией этого гена и обнаружили, что они накапливают большие дозы артемизинина, чем генетически не модифицированные растения.
Но расследование пошло дальше. Чтобы подтвердить роль гена AaMYB1 в формировании трихом растений, исследователи провели поиск похожих генов у модельного растения Arabidopsis thaliana и обнаружили ген AtMYB61. Когда этот ген был сверхэкспрессирован в модельном растении, оно также продуцировало большее количество трихом на его листьях, демонстрируя, что эти гены играют ключевую роль в формировании трихом у эволюционно далеких видов. Сорайя Пелаз объясняет, что «в дополнение к его роли в Artemisia, идентификация этого гена также может быть полезна для других растений, трихомы которых производят интересующие вещества». Луис Матиас-Эрнандес добавляет: «Есть много растений, которые производят интересующие вещества в своих трихомах. Например, ментол и тимол - это терпены, вырабатываемые в трихомах мяты и тимьяна соответственно».