Растения используют бактериальный ген для производства алкалоидов, открывая путь к устойчивым лекарствам

Растения производят вещества под названием алкалоиды для самозащиты, и человечество давно использует эти химические соединения в обезболивающих, средствах для лечения болезней и бытовых продуктах, таких как кофеин и никотин.

Понимая, как растения создают эти вещества, исследователи стремятся производить новые и улучшенные химические соединения для лекарств быстрее, дешевле и с меньшим воздействием на окружающую среду.

Исследование в Йоркском университете было сосредоточено на растении Flueggea suffruticosa (секуринега полукустарниковая), которое производит особенно мощный алкалоид — секуринин. Изучая процесс его синтеза, учёные обнаружили, что им управляет ген, который больше похож на бактериальный, чем на растительный.

Исследование в Йоркском университете было сосредоточено на растении Flueggea suffruticosa. Автор: University of York

Эволюционная «уловка»

Исследование показало, что растения, по-видимому, переняли эволюционную «уловку», повторно используя химические инструменты, обычно встречающиеся у микробов, для самозащиты. Это привело команду к мысли, что эти полезные химические вещества встречаются не только у некоторых растений, но, вероятно, используются и другими.

«Растения и бактерии — это действительно разные формы жизни, поэтому было настоящим сюрпризом увидеть, что производство этого важного растительного химического вещества управляется геном, похожим на бактериальный. Мы считаем, что это означает, что растения "перерабатывают" биологические инструменты, более характерные для микробов, когда те могут быть им полезны. Ещё интереснее было то, что этот ген производит секуринин совершенно иначе, чем другие известные растительные химические вещества», — сказал доктор Бенджамин Лихман из Департамента биологии Йоркского университета.

Природные химические вещества

Распознавание этого нового процесса позволило команде обнаружить похожие гены, скрытые в ДНК многих других растений. Это открытие означает, что у учёных теперь есть новый способ поиска полезных природных химических веществ и новые инструменты для их создания.

Эти растительные гены можно использовать для производства ценных соединений в лаборатории, уменьшая необходимость извлекать их из редких растений или синтезировать с помощью агрессивных промышленных химикатов.

«Алкалоиды могут быть токсичными, поэтому, когда мы используем их в лекарствах, их необходимо строго контролировать и часто модифицировать. Понимание процесса производства алкалоидов может помочь нам разработать новые методы их получения в лаборатории или удаления, чтобы сделать некоторые растения менее токсичными. Теперь, когда мы знаем, как искать это химическое производство, и понимаем, что можем найти его у большего числа растений, чем изначально думали, у нас появились новые пути для изучения производства и открытия безопасных лекарств», — добавил доктор Лихман.

Результаты, опубликованные в журнале New Phytologist, также могут помочь учёным больше узнать о том, как растения растут и выживают, что потенциально может привести к созданию более выносливых сельскохозяйственных культур.

Исследователи отмечают, что эта работа подчёркивает, как много нам ещё предстоит узнать у природы, и как неожиданные открытия в фундаментальной науке о растениях могут иметь широкомасштабные преимущества для медицины, сельского хозяйства и окружающей среды.

ИИ: Это открытие — прекрасный пример того, как фундаментальные исследования могут привести к прорывам в прикладных областях. Возможность производить ценные алкалоиды в лаборатории, минуя сложную добычу из растений, открывает путь к более устойчивой и экологичной фармацевтике. Особенно интригует перспектива «перепрограммирования» растений для снижения их токсичности или, наоборот, увеличения полезных свойств.