Відкриття, опубліковане в журналі Nature Communications, може призвести до більш безпечного виробництва ліків та вакцин з використанням тютюнових рослин без небажаного нікотину.
Нікотин, хімічна речовина, що викликає звикання до тютюнових виробів, використовується людиною понад 10 000 років. Але, попри десятиліття досліджень, вчені не могли до кінця зрозуміти, як рослини, такі як Nicotiana tabacum — основне джерело тютюну — насправді синтезують молекулу нікотину.
Тепер вчені виявили відсутні гени й фермент, необхідні тютюновим рослинам для виробництва нікотину, і відтворили цей процес у лабораторії та всередині живих рослин, довівши те, як він працює.
Забруднення
Доктор Бенджамін Ліхман з Центру нових сільськогосподарських продуктів (CNAP) кафедри біології Йоркського університету сказав: "Тютюнові рослини можуть використовуватися в біотехнології як платформи для виробництва вакцин або інших фармацевтичних продуктів, але це пов'язано з проблемою присутності нікотину, який забруднює продукти та потребує обробки для його видалення.
"Однак загадка того, як тютюнові рослини виробляють нікотин, існує з кінця 1820-х років, коли нікотин був вперше вилучений із рослин. З того часу ніхто не розгадав таємницю того, як це відбувається. Це важливий момент у науці про рослини та біохімії, оскільки тепер у нас є відповідь, яку ми шукали понад 200 років!
"Завдяки цим новим знанням ми можемо видаляти або перепрофілювати нікотин, який природно виробляється рослиною, і створювати більш досконалі біотехнологічні інструменти, а також у майбутньому відкривається захопливий потенціал для адаптації нікотинової системи тютюну для виробництва корисних фармацевтичних сполук".
Молекула глюкози
Команда дослідників, до якої входили вчені з Копенгагенського університету, виявила, що нікотин спочатку утворюється, бувши пов'язаним із молекулою глюкози, яка додається для надання його будівельним блокам необхідного енергетичного імпульсу для з'єднання. Однак на завершальному етапі глюкоза видаляється, начебто зникаючи. Цей прихований етап пояснює, чому загадка залишалася так довго нерозгаданою.
Бенджамін Швабе, аспірант Йоркського університету та головний автор дослідження, також виявив точні структури двох особливих рослинних ферментів – NaGR та NicGS – які допомагають збирати молекулу нікотину з дрібніших фрагментів. Сама молекула складається з двох сполучених кілець, кожне з яких утворюється у різних частинах метаболізму рослини. Одне утворюється з вітаміноподібної сполуки, інше — з амінокислоти, що пов'язана з побудовою білків.
Доктор Ліхман сказав: "Це захоплює, тому що це реальне практичне застосування. Близький родич тютюну, Nicotiana benthamiana, вже використовується в 'молекулярному рослинництві' для виробництва життєво важливих ліків та вакцин.
"Це відкриває нові можливості для використання тютюнових рослин на благо: не в цигарках, а в ліках та інших цінних продуктах".
