Барвинок - больше, чем красивое растение

Люди уже давно пользуются огромным разнообразием лекарственных соединений производимых растениями. Сейчас химики Массаучетского технологического института нашли новый способ расширить ассортимент фармацевтических растений с помощью генной инженерии.

Исследователи под руководством адъюнкт-профессора Сара О'Коннор (Sara O'Connor), добавили бактериальные гены в растение барвинок, что позволит ей придают галогенов, таких как хлор или бром к классу соединений, называемых алкалоидами, которое растение обычно производит. Многие алкалоиды имеют фармацевтические свойства, и галогены, которые часто добавляют антибиотики и другие лекарства, могут сделать лекарства более эффективными или дольше в организме.

Главная цель команды, алкалоид называемый винбластином, обычно используется для лечения рака, таких как лимфома Ходжкина. О'Коннор видит винбластин и другие лекарства, растения, как леса, что она может изменить в различные способы повышения их эффективности.

"Мы пытаемся использовать биосинтетические механизмы растений легко и просто сделать целый ряд различных итераций натуральных продуктов, сказала она. "Если вам надо настроить структуру натуральных продуктов, очень часто вы получаете различные или повышенной биологической и фармакологической активности."

О'Коннор и аспирант Вирават Руджихана(Weerawat Runguphan),а также бывший ассистент Хавин Сюйдун Цюй описали их генно-модифицированное растение барвинок в 3 ноября интернет-издании Nature. Исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения и Американского онкологического общества.

Обмен генами

Инженерные новых генов в растения было сделано раньше: В 1990-х годов, ученые разработали кукурузы, которые могли бы производить инсектицид Bt называется, который исходит от бактериальных генов. Однако, подход О'Коннор, известный как метаболическая инженерии, выходит за рамки простого добавления гена, который кодирует белок романа. Метаболический инженеры работают с серии реакций, принимающих организмов использовать для создания новых молекул, добавив гены для новых ферментов, что изменить эти естественные пути синтеза. Это может привести к огромным разнообразием готовой продукции.

Большинство метаболических инженеры используют бактерии, как их организм-хозяин, отчасти потому, что их генами легче манипулировать. О'Коннор работу с растениями делает ее редким исключением. Хотя люди уже давно признали ценность лекарственных растений ", там была намного меньше усилий, чтобы инженер заводов по производству вещей, которые могут представлять еще большую ценность", говорит Эдвард Эйзенштейна, доцент Университета штата Мэриленд биотехнологии Института. "Одной из причин исследования было то, что работать с растениями, как правило, сложнее. Ими не так просто манипулировать как бактерии или дрожжи или даже просто грибы ".

С другой стороны, сложность получения генно-модифицированных растений означает, что во многих случаях, возможно, будет легче изменить растение, а не пытаться воссоздать весь рост растения в различных организмов, таких как бактерии. "Это очень красивое исследование, которое могли бы получить больше, чтобы люди думали о генно-модифицированных растениях, а не использовать их в качестве источника генов", говорит Эйзенштейн, который не был связан с исследованиями.

В предыдущих экспериментах, О'Коннор и ее ученики индуцировали клетки корневой системы барвинка клетки для создания новых соединений, путем слегка измененных исходных материалов. В новом исследовании, они разработаны, чтобы клетки генов, которые кодируют ферменты, смогли включать хлор и бром в винбластин и другие алкалоиды.

Два новых генов получены из бактерий, которые естественным путем производят галогенированные соединения. Это гораздо более редкие для растений для получения таких соединений на своих, сказал О'Коннор. Возможно также, хотя и очень трудно, чтобы синтезировать галогенированные алкалоидов в лаборатории.

Чтобы получить алкалоиды, растения сначала преобразовывают аминокислоту триптофан в триптамин. После этого первого шага, около десятка реакции больше не требуется, и растения могут производить сотни различных конечных продуктов. В новых генно-инженерных растений, бактериальный фермент называется галогеназ (halogenase) отдает хлор (или бром) атому триптамина. Этот галоген остается в молекуле весь синтез.

В будущей работе, исследователи надеются вырастить полностью модифицированное растение барвинок для получения новых соединений. Они также работают над совершенствованием общего выход синтез, который пока в 15 раз ниже, чем у растений которые содержат естественные алкалоиды. Один из способов сделать это является увеличение внедрения галогенов в этом процессе, считает О'Коннор.