Ученые из группы профессора Энн Осборн, члена Королевского общества в Центре Джона Иннеса, использовали инновационные подходы в новом исследовании, которое заглядывает в будущее быстрого открытия лекарственных препаратов и натуральных продуктов.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Chemical Biology, они изучили тритерпены, которые выполняют важные функции в растениях, защищая их от вредителей и патогенов, формируя корневой микробиом и влияя на качество урожая.
Тритерпены составляют самую большую и структурно сложную группу растительных природных продуктов и являются богатым источником биоактивных молекул, представляющих значительный медицинский и коммерческий интерес.
В качестве примеров можно привести вакцинный адъювант QS-21, вырабатываемый чилийским мыльным деревом (Quillaja saponaria), противовоспалительное соединение эсцин из конского каштана и полезные для пчел инсектициды, вырабатываемые деревом ним.
Все тритерпены начинаются с одной и той же исходной химической молекулы и различаются из-за действия ферментов, называемых оксидоскваленциклазами (OSC), которые формируют и складывают исходную молекулу в процессе, напоминающем химическое оригами.
В этом исследовании группа Осборн намеревалась отслеживать действие этих ферментов, лишь небольшая часть которых была изучена. Эксперты систематически изучили последовательности геномов 599 растений, представляющих почти 400 видов (доступные в виде электронных записей), на предмет генов, кодирующих OSC.
Из 1400 первоначальных последовательностей генов OSC, которые были отслежены и идентифицированы, они выбрали 20 для функциональной проверки. Эти 20 генов были синтезированы с использованием методов молекулярной биологии, а затем перенесены в дикого родственника культурного табака, что образует высокопродуктивную транзиентную систему экспрессии на растительной основе, впервые разработанную Центром Джона Иннеса и в настоящее время продвигаемую в коммерческих целях партнерами.
Тестируя продукты этих генов и ферментов, команда:
- Открыла совершенно новые химические соединения, которые могут быть использованы в качестве лекарственных препаратов
- Воссоединила «сиротские» тритерпеновые структуры (те, о существовании которых было известно, но для которых не были известны примеры OSC, которые их произвели) с их родительскими OSC.
- Обнаружила химические соединения, дающие интересные подсказки относительно эволюционного пути OSC.
Один из первых авторов исследования, доктор Майкл Стивенсон, новый руководитель группы в Университете Восточной Англии и приглашенный научный сотрудник Центра Джона Иннеса, сказал: «Мы были удивлены, сколько различных результатов было получено из небольшой выборки наших изученных генов. Практически каждый протестированный ген дал интересный результат, многие из которых открыли потенциальные пути для дальнейших исследований. Самое интересное то, что в рамках этого проекта были открыты новые химические вещества без необходимости получения и обработки растительного материала от видов, которые производят его в дикой природе».
Исследование представляет собой наглядный пример использования вычислительных подходов для изучения «темной материи» геномов растений, ускоряя процесс открытия генов перед использованием молекулярной биологии и систем транзиентной экспрессии для создания полезных химических продуктов в масштабах медицины и множества коммерческих приложений.
Автор-корреспондент, профессор Энн Осборн, член Королевского общества, отметила: «В настоящее время у нас есть геномные последовательности около 1800 видов растений, и их число растёт экспоненциально. Известно около 450 000 видов растений, и все они, вероятно, обладают полезными и интересными химическими свойствами; это лишь вершина айсберга того, что возможно».
Одним из следующих шагов в этом исследовании является сотрудничество с промышленными партнёрами для изучения обнаруженных химических веществ на предмет их потенциальной возможности в качестве базовых соединений или строительных блоков для разработки новых лекарственных препаратов. Группа из Осборна также использует этот портфель исследований для поиска новых OSC с целью расширения спектра изучаемых ферментов.
Работа также обеспечивает практический доступ к сложнейшим структурам, которые нецелесообразно производить с помощью синтетической химии.
«Мы используем силу растений для производства лекарств из солнечного света и разреженного воздуха», — заключает доктор Стивенсон.
Источник: John Innes Centre.
На фото - агроинфильтрация Nicotiana benthamiana (дикого родственника культурного табака), которая образует высокопродуктивную растительную транзиентную систему экспрессии, впервые разработанную Центром Джона Иннеса. Источник: John Innes Centre.
