3 Minutės
Dviem šimtais metų nikotinas tabake elgėsi kaip vaiduoklis; jo poveikis buvo visur juntamas, bet kilmė sunkiai nustatoma. Dabar mokslininkai pagaliau nuėmė uždangą, atskleidę ne tik veikėjus, bet ir choreografiją, kuri surenka molekulę.
Viskas prasidėjo nuo genetinio įtarimo. Jungtinės Karalystės ir Danijos komandos ištyrė kultūrinio tabako (Nicotiana tabacum) genomą, ieškodamos genų klasterių, kurie aktyvuotųsi kartu su jau įtariamais genais, dalyvaujančiais nikotino biosintezėje. Rasta schema buvo įspūdinga: genai sėdėjo vienas šalia kito, įsijungdavo grupėmis ir gamino fermentus, kurie, regis, veikė kartu toje pačioje cheminėje sekos dalyje.
Fermentai buvo išgryninti ir išbandyti, pirmiausia mėgintuvėliuose, o vėliau gyvuose augaluose. Rezultatas buvo aiškus. Du naujai identifikuoti elementai, pavadinti NaGR ir NicGS, kartu su kitomis ląstelinėmis sudedamosiomis dalimis sintetina nikotiną iš paprastų statybinių blokų: aminorūgšties, naudojamos baltymams, ir vitamino tipo junginio. Komanda parodė, kad šis kelias veikia in vivo, įrodydama ilgai ieškotą nikotino biosintezės mechanizmą.
Kodėl šis kelias ilgai liko paslėptas? Nes tabako augalas slepia savo pėdsakus. Ankstyvame grandinės etape gliukozės molekulė laikui bėgant laikinai prisijungia prie pradinių fragmentų, paruošdama juos vėlesnėms reakcijoms. Kai nikotino skeletas suformuotas, ta pati cukraus dalis atskiriama ir dingsta. Tai elegantiškas biocheminis triukas: gliukozė leidžia reakcijai vykti, o paskui išnyksta, palikdama mažai pėdsakų ankstesniems chemikams.
Šis laikinas cukraus etapas yra daugiau nei biocheminė įdomybė. Jis paaiškina tiek kelio paslėptumą, tiek kodėl ankstesnės metodikos negalėjo jo išaiškinti. Nauji nepriklausomi tyrimai patvirtino gliukozės tarpininkavimą, rodydami tą pačią trumpalaikę prisijungimo ir atskyrimo seką skirtinguose eksperimentuose. Visumoje šie atradimai atskleidžia pagrindinius nikotino gamybos tabake žingsnius ir svarbiausias sudedamąsias dalis.
Padariniai yra praktiniai ir plati apimties. Tabakas nėra tik cigarečių žaliava; kai kurie jo giminaičiai, ypač Nicotiana benthamiana, tapo molekulinio ūkininkavimo darbo arkliukais veterinarijoje ir biomedicinoje — augalai inžineriniu būdu naudojami gaminti terapinius baltymus ir vakcinas. Nikotinas šiose sistemose yra nepageidaujamas teršalas: jis biologiškai aktyvus ir turi būti pašalintas tolimesnio apdorojimo metu.
Turint dabar žemėlapyje genetinius jungiklius ir fermentus, mokslininkai gali svarstyti dvi inžinerines kryptis. Pirmoji — slopinti arba peradresuoti nikotino kelią taip, kad farmacijai naudojami augalai gamintų mažai arba visai ne nikotino. Ankstesni bandymai mažinti nikotiną kartais lėtinėjo augalų augimą, tačiau turint tikslinius taikinius, tokius kaip NaGR ir NicGS, atsiveria galimybė subtiliems pokyčiams, kurie nefektuotų augalo sveikatai. Kita kryptis yra kūrybiškesnė: perkelti arba adaptuoti tabako nikotino formavimo mechanizmą kituose organizmuose, kad būtų gaminami kiti vertingi junginiai, taip buvusią problema paversdami biosintetiniu įrankiu vaistų gamybai.
Benjamin Lichman iš Jorko universiteto, vienas tyrimo vadovų, vadina atradimą lūžiu augalų biochemijoje. Tai žmogiško masto proveržis: elegantiškas, aiškus ir iš karto naudingas. Komanda savo darbą paskelbė žurnale Nature Communications, o jų metodika, apjungianti genomiką, fermentų izoliavimą ir funkcinius bandymus augaluose, sudaro pavyzdį, kaip atskleisti kitus paslėptus metabolinius kelius.
Vis dar liko smulkių detalių, kurias reikia užpildyti. Kaip šis kelias reguliuojamas skirtingose aplinkose ir vystymosi stadijose, išlieka atviru klausimu. Prieš pradėdami reguliariai taikyti molekulinį ūkininkavimą su sumažintu nikotinu, tyrėjai turi įrodyti, kad genų korekcijos nekenks augalų sveikatai ar produkcijos derliams. Tačiau bendros gairės aiškios: biocheminė „receptūra" išlaisvinta.
Dabar egzistuoja įrankių rinkinys, leidžiantis nuspręsti, ką tabakas gamins toliau, ar mes pasuksime jį nuo priklausomybę sukeliančios molekulės, ar perorientuosime jo chemines galimybes gaminti gyvybę gelbstinčius vaistus. Kiti eksperimentai parodys, kuriu keliu eis augalų pramonė.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą