Раскрытие скрытого химического разнообразия растений через геномный анализ!
Агроинфильтрация Nicotiana benthamiana (дикорастущего родственника культурных растений табака), которая формирует высокоурожайную систему временной экспрессии на основе растений, впервые разработанную Центром Джона Иннеса.
Растения — настоящие мастера химии: используя солнечный свет и углекислый газ, они создают сложные натуральные продукты, которые невозможно синтезировать в лаборатории. Благодаря прогрессу в геномике, искусственном интеллекте и биотехнологиях их потенциал только начинает раскрываться, открывая путь к быстрому открытию лекарств и натуральных соединений.
Исследователи из группы профессора Энн Осборн (Anne Osbourn) в Центре Джона Иннеса применили эти технологии в новом проекте. В статье "Крупномасштабное изучение разнообразных геномов растений раскрывает скрытое разнообразие функций оксидоскваленциклазы", опубликованной в Nature Chemical Biology, они сосредоточились на тритерпенах — крупнейшей и наиболее сложной группе растительных продуктов. Тритерпены защищают растения от вредителей и патогенов, формируют микробиом корней и влияют на урожай. Они служат источником биологически активных молекул, таких как вакцинный адъювант QS-21 из мыльной коры Quillaja saponaria, противовоспалительное эсцин из конского каштана и безвредные для пчел инсектициды из дерева ним.
Все тритерпены начинаются с одной молекулы и разнообразятся благодаря ферментам оксидоскваленциклазам (OSCs), которые "складывают" её подобно химическому оригами. Группа Осборн проанализировала геномы 599 растений (почти 400 видов) из доступных баз данных, выявив 1400 потенциальных генов OSCs. Из них отобрали 20 для тестирования.
Гены синтезировали и ввели в дикорастущий табак Nicotiana benthamiana — высокоурожайную систему экспрессии, разработанную в Центре Джона Иннеса. Анализ продуктов показал:
Новые химические соединения с потенциалом для лекарств.
Связь "бесхозных" тритерпеновых структур с их OSC-предшественниками.
Подсказки об эволюции ферментов.
Соавтор доктор Майкл Стивенсон отметил: "Мы были удивлены разнообразием результатов от небольшой выборки генов. Почти каждый дал интересные открытия, включая новые вещества без необходимости сбора растений в природе".
Профессор Осборн подчеркнула: "У нас есть геномы около 1800 видов растений, но известны 450 000 видов — каждый может скрывать полезные соединения. Это лишь начало".
Далее планируется сотрудничество с промышленными партнерами для изучения веществ как основы лекарств. Группа также расширит поиск новых OSCs. Исследование демонстрирует, как геномные подходы ускоряют доступ к сложным структурам, недостижимым синтетической химией.
"Мы используем силу растений для создания лекарств из солнца и воздуха", — заключает доктор Стивенсон.
