Jedovatý oměj a ostrožka, rostliny schopné v minimálních dávkách způsobit paralýzu a poškození nervů, mohou v budoucnu pomáhat při léčbě rakoviny, malárie nebo tlumit bolest. Mezinárodní tým vědců z Michigan State University a Akademie věd ČR odhalil složitý biochemický mechanismus, kterým tyto rostliny vytvářejí své vysoce účinné látky. Výzkumníci úspěšně přenesli šest klíčových enzymů potřebných k tvorbě molekuly atisinia do geneticky upravených rostlin tabáku. Výsledky studie publikované v časopise Molecular Plant otevírají možnost stabilní a udržitelné výroby složitých přírodních látek přímo v laboratorních podmínkách.
- Vědci z USA a Akademie věd ČR mapovali tisíce genů v jedovatém oměji a ostrožce.
- Podařilo se identifikovat šest enzymů, které v rostlinách vytvářejí komplexní molekulu atisinium.
- Funkčnost biochemické dráhy vědci ověřili přenosem genů do rostlin tabáku, jež posloužily jako živé továrny.
Rostliny jsou nejlepší chemici na světě, připomínají vědci
„Rostliny jsou ti nejlepší chemici v okolí, protože si svůj arzenál přírodních látek zdokonalovaly po miliony let, aby dokázaly přežít,“ vysvětlil profesor Björn Hamberger z Michigan State University. Podle něj lidé využívají rostlinné molekuly každodenně – od kofeinu přes mentol až po řadu moderních léčiv, které z rostlin přímo pocházejí nebo se jimi inspirují.
Garret Miller z University of Michigan-Flint zdůrazňuje dlouhou historii i obrovský potenciál těchto organismů: „Tyto rostliny se v různých formách medicíny používaly po celém světě po tisíce let. Víme, že s naším tělem vzájemně působí mnoha způsoby, a pochopení jejich tvorby může poskytnout zcela nové cesty testování.“
Diterpenové alkaloidy, mezi které patří i známý a vysoce toxický akonitin izolovaný již před téměř 200 lety, představují pro chemiky dlouholetou záhadu. Jejich struktury jsou natolik složité, že se je v laboratoři nedaří syntetizovat klasickou chemickou cestou bez použití živých organismů.
Propojení českých a amerických sil na konferenci v Barceloně
Celý projekt získal zásadní impuls při nečekaném setkání na vědecké konferenci v Barceloně. Profesor Hamberger se zde setkal s výzkumníky z laboratoře Tomáše Pluskala z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR. Obě skupiny nezávisle na sobě zkoumaly stejnou rodinu diterpenových alkaloidů – americký tým u ostrožky a český tým u oměje.
„Když se něco takového stane, můžete jít vlastní cestou, nebo se spojit. A právě spojení sil vždy vede k té nejlepší vědě,“ komentoval začátek mezinárodní spolupráce Hamberger.
Propojení tisíců genetických dat z obou institucí připomínalo molekulární pátrací akci, během níž vědci hledali geny aktivované ve správných tkáních a ve správný moment.
Garret Miller z University of Michigan-Flint, který na výzkumu pracoval během doktorátu na MSU, přirovnal biosyntetickou dráhu k montážní lince v továrně. „Pokud máte deset kroků za sebou potřebných k vytvoření hotového produktu a jeden najednou přestane fungovat, další kroky nemohou pokračovat,“ popsal složitost chemického procesu uvnitř rostlinných buněk.
Tabák jako živá továrna na vzácné molekuly
Jelikož rostliny tvoří tyto specializované metabolity pouze ve velmi malém množství, klíčovým krokem bylo přenesení genetické informace do jiného hostitelského organismu. Vědci zvolili rostliny tabáku, které posloužily jako biologické továrny pro ověření objeveného postupu.
Analýza potvrdila, že modifikovaný tabák dokázal pomocí šesti různých enzymů úspěšně vytvořit složitou molekulu atisinium. Enzymy nejenže vytvarovaly finální strukturu molekuly, ale také umožnily neočekávané připojení essentialního zdroje dusíku.
Pochopení prvních biochemických kroků tvorby atisinia vytváří základ pro přenos celých instrukcí do mikroorganismů, což by mohlo umožnit masovou výrobu těchto látek pro vývoj nových farmakologických preparátů.
„V ideálním případě by to mohlo časem pomoci vytvořit zcela nové léky inspirované těmito přírodními látkami,“ uzavírá Lana Mutabdžija s tím, že cesty k bezpečnému využití přírodních jedů v medicíně jsou nyní podstatně otevřenější.
Považujete využití geneticky upravených rostlin k výrobně léčiv za správnou cestu, nebo máte z takzvaného biohackingu přírody obavy? Podělte se o svůj názor v diskusi.
