Два растения, способные вызывать повреждение нервов и паралич даже в очень малых дозах, также содержат соединения с потенциально ценными свойствами для борьбы с болью, малярией, раком и вредителями сельского хозяйства. Исследователи разработали способ воспроизвести часть этих сложных химических процессов в лабораторных условиях, что может привести к созданию более устойчивых методов лечения на основе природных продуктов.

Исследование ядовитых растений

Работа была сосредоточена на борце (волчьем аконите) и живокости. В исследовании участвовали специалисты из Университета штата Мичиган и Чешской академии наук. Результаты опубликованы в журнале Molecular Plant. Эти растения на протяжении тысяч лет использовались в различных медицинских традициях по всему миру. Известно, что они взаимодействуют с человеческим организмом множеством способов, и понимание механизмов их синтеза может открыть новые направления для научных исследований.

Химические возможности растений

Несмотря на достижения современной науки, растения остаются уникальными по своей способности создавать сложные природные химические соединения. За миллионы лет эволюции они выработали широкий арсенал молекул для выживания. Многие из этих соединений нашли применение в повседневной жизни, включая кофеин, капсаицин, ментол, ванилин, а также ряд лекарственных препаратов, полученных из растений или созданных по их образцу.

Изучение специализированных метаболитов

В лаборатории Университета штата Мичиган изучаются специализированные метаболиты — природные вещества, которые могут быть практически использованы. В последние годы внимание было уделено живокости, также известной как дельфиниум из-за формы её цветов. Исследователи стремились выяснить, как растение производит дитерпеноидные алкалоиды — группу химических веществ, обладающих высокой токсичностью, но потенциально полезных для медицины.

Расшифровка биохимических путей

Дитерпеноидные алкалоиды сочетают черты двух древнейших и крупнейших групп растительных соединений. Их структуры настолько сложны, что учёные десятилетиями пытались понять механизмы их образования. Одно из наиболее известных соединений этого семейства, аконитин, было выделено почти 200 лет назад, но до сих пор не синтезировано в лабораторных условиях.

Международное сотрудничество

Продвижение проекта стало возможным благодаря сотрудничеству между лабораториями из США и Чехии. Объединив усилия, международная команда поставила задачу определить точную последовательность биохимических шагов, используемых борцом и живокостью для создания дитерпеноидных алкалоидов.

Молекулярный анализ и синтез

Исследователи изучили несколько видов обоих растений и проанализировали тысячи генов, чтобы выявить те, которые активируются в нужных тканях в определённое время. Биосинтетический путь можно сравнить со сборочной линией: если один из последовательных шагов не выполняется, дальнейший синтез невозможен.

Поскольку растения обычно производят специализированные метаболиты в очень малых количествах и медленно, определение биохимических путей их синтеза крайне важно для масштабного производства этих соединений и их практического применения. После расшифровки пути учёные могут перенести генетические инструкции по созданию соединения в модифицированный организм, например, дрожжи. Такой подход позволяет получать больше нужного вещества для дальнейших исследований и разработок, что в перспективе может привести к созданию новых лекарств на основе природных продуктов.

Эксперимент с табаком

После идентификации набора генов из борца и живокости исследователи перенесли эти генетические инструкции в табак, который использовался как живая фабрика для проверки возможности воспроизведения химического процесса растений. Анализ показал, что модифицированные растения табака успешно собрали необходимый биохимический путь. Шесть различных ферментов совместно синтезировали атисиниум — дитерпеноидный алкалоид, придавая молекуле сложную структуру и способствуя добавлению источника азота.

Перспективы дальнейших исследований

Определение первых биохимических шагов синтеза атисиниума стало важной отправной точкой для изучения более широкого семейства дитерпеноидных алкалоидов и их потенциально полезных медицинских свойств. Целью работы является создание экологичных и устойчивых инструментов, позволяющих использовать природный потенциал этих растений.