16:00 2022-07-06 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Caz rezolvat: Cercetătorii arată cum nuci otrăviți formează stricnina

_ Caz rezolvat: cercetători arată cum arborele otrăvitor formează stricnina

O echipă de cercetare de la Institutul Max Planck pentru Ecologie Chimică din Jena a dezvăluit calea biosintetică completă pentru formarea stricninei la specia de plante Strychnos nux-vomica (nucă otravitoare) . Cercetătorii au identificat toate genele implicate în biosinteza stricninei și a altor metaboliți și le-au exprimat în planta model Nicotiana benthamiana. Acest lucru le-a permis să arate că aceste molecule extrem de complexe și importante din punct de vedere farmacologic pot fi sintetizate folosind metode de „inginerie metabolică”.

Mulți dintre noi cunosc stricnina din rapoartele despre crime, romane sau filme. Agatha Christie a murit mai multe dintre victimele ei din cauza otrăvirii cu stricnina. Ea a descris ceea ce este probabil cel mai cunoscut caz fictiv de crimă care implică alcaloidul extrem de toxic folosit ca otravă pentru șobolani în primul ei roman „The Mysterious Affair at Styles”.

Indiciul final pentru rezolvarea cazului a fost găsit de către celebrul personaj detectiv Hercule Poirot la prima sa apariție literară. Și în știință, uneori sunt necesare instinctul de investigație și munca de detectiv. Cercetătorii conduși de Benke Hong și Sarah O'Connor de la Departamentul de Biosinteză a Produselor Naturale nu numai că au trebuit să găsească o verigă lipsă, dar să dezlege întregul lanț de evenimente biosintetice care duc la formarea stricninei în arborele otrăvitor de nuci. Pentru a rămâne în limbajul literaturii criminale, s-ar putea spune: Au rezolvat cazul.

Chimistul și câștigătorul Premiului Nobel Robert Robinson, care a fost unul dintre primii care a elucidat structura stricninei în anii 1940. , a descris odată acest indol alcaloid monoterpen ca fiind cea mai complexă substanță chimică pentru dimensiunea sa moleculară. Mulți chimiști au fost entuziasmați de arhitectura moleculei de stricnine și au dezvoltat modalități de a produce această moleculă folosind sinteza chimică. În mod surprinzător, totuși, nimeni nu a reușit încă să afle cum plantele produc acest produs natural.

Echipa lui Benke Hong a abordat acum această sarcină uriașă: „Întrebarea noastră cheie a fost cum să găsim genele responsabile pentru biosinteză. a stricninei în nuca otravitoare.În primul pas am comparat expresia genelor (transcriptom) de la două specii din același gen (Strychnos), dar din care numai arborele otrăvitor produce stricnină.Am selectat gene candidate pentru fiecare pas pe baza transformării chimice propuse, despre care nu știam că este corectă sau nu”, explică Benke Hong.

Genele din amonte ale biosintezei stricninei până la formarea unui intermediar important (geissoschizina) au fost pe deplin elucidate în planta medicinală Catharanthus roseus (periwinkle Madagascar), care este, de asemenea, studiată în departamentul lui Sarah O'Connor, iar genele omoloage au fost identificate în arborele de nuci otrăviți.

Progresul ulterioar a necesitat darul unui detectiv pentru com. legarea de indicii moleculare și genetice, pe care oamenii de știință le numesc logică chimică. „Ați putea spune că chimia a ghidat descoperirea genelor în studiul nostru. Pe baza structurilor și mecanismelor chimice, fiecare pas din calea metabolică a produs o transformare chimică propusă. La rândul său, speculațiile noastre despre familiile de enzime biosintetice cu funcții catalitice s-au bazat. privind reacția chimică a fiecărei etape”, a spus Sarah O'Connor, șeful Departamentului de Biosinteză a Produselor Naturale, descriind abordarea cercetării.

Ca dovadă că genele identificate au fost responsabile pentru etapele de biosinteză propuse, cercetătorii au modificat plantele de tutun (Nicotiana benthamiana) pentru a produce temporar enzimele din Strychnos. După adăugarea materiilor prime furajere adecvate, ei au investigat apoi dacă produsul ipotetizat a fost produs de planta de tutun transformată. Această metodă a permis testarea de mare debit a mai multor gene simultan, ceea ce a scurtat timpul necesar pentru rezolvarea puzzle-ului.

Cercetătorii nu au reușit să găsească o enzimă corespunzătoare care a catalizat ultimul pas al biosintezei stricninei, conversia prestricninei în stricnina. Ei și-au dat seama în schimb că această conversie are loc spontan, fără o enzimă. Așa cum se întâmplă adesea atât în ​​activitatea de detectiv cât și în știință, întâmplarea a venit în ajutor:

„Conversia spontană a prestricninei în stricnine este o descoperire întâmplătoare. Necesită mai mulți pași intermediari și inițial ne-am gândit că acest proces trebuie catalizat de una sau mai multe enzime.De fapt, am studiat multe enzime, dar niciuna dintre ele nu a fost reactivă.În mod surprinzător, într-o zi am constatat că o probă de prestricnină depozitată la temperatura camerei pe banca de laborator se transformase încet în stricnină. de-a lungul timpului”, spune Benke Hong.

Cu misterul ultimului pas rezolvat, cercetătorii au reușit astfel să elucideze calea biosintetică completă a stricninei, precum și moleculele aferente brucină și diabolină. În timp ce brucina este produsă și de nuca otrăvitoare, diabolina este produsă de o specie înrudită din genul Strychnos, care nu produce nici stricnină, nici brucină. În special, cercetătorii au descoperit, de asemenea, că doar o singură modificare a aminoacizilor într-una dintre enzimele biosintetice este responsabilă pentru diferența de acumulare de alcaloizi în nuca otrăvită și alte specii de Strychnos.

Elucidarea biosintezei metaboliților vegetali și utilizarea biotehnologică a bazei genetice pentru formarea compușilor vegetali importanți din punct de vedere medical în plante model sunt domenii de cercetare promițătoare. Studiul actual deschide noi posibilități pentru producerea de produse naturale din plante necunoscute anterior, folosind abordări de „inginerie metabolică”.

(Fluierul)

Inapoi