Новости

Mar 25, 2023

Анализ отдельных растительных клеток дает представление о биосинтезе натуральных продуктов.

Мадагаскарский барвинок (Catharanthus Roseus) семейства собачьих.

Мадагаскарский барвинок (Catharanthus roseus) семейства собачьих собачьих производит ряд алкалоидов, представляющих медицинский интерес. Анализы на клеточном уровне позволили открыть гены, отвечающие за биосинтез двух важнейших натуральных продуктов растения — винкристина и винбластина, которые используются при лечении рака.

АФИНЫ – Международная группа исследователей из Университета Джорджии и Института химической экологии Макса Планка в Германии обнаружила многообещающую стратегию для расшифровки метаболических путей растительных соединений, важных в медицине, согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature Chemical Biology. .

Исследовательская группа под руководством Чэнсиня Ли из Центра прикладных генетических технологий Университета Джорджии при Колледже сельскохозяйственных и экологических наук изучила биосинтез двух алкалоидов мадагаскарского барвинка (Catharanthus roseus), которые используются в качестве противораковых средств в медицине человека. Гены образования этих активных веществ экспрессируются в разных типах клеток.

Используя анализ отдельных клеток, ученые смогли открыть новые гены, важные для биосинтеза, и показать, что промежуточные продукты метаболического пути накапливаются в определенных типах клеток. Промежуточные соединения – это молекулы, являющиеся предшественниками или метаболитами биологически значимых молекул.

Исследователи прогнозируют, что этот методологический подход обеспечит новое важное понимание биосинтеза многих других натуральных продуктов растительного царства.

Растения впечатляют своим разнообразием, особенно разнообразием метаболитов, которые они производят. Многие натуральные растительные продукты состоят из очень сложных молекул, таких как алкалоиды винкристин и винбластин, которые вырабатываются мадагаскарским барвинком. Эти два вещества уже незаменимы в терапии рака, и исследователи заинтересованы в том, чтобы выяснить, какие отдельные этапы биосинтеза необходимы для образования сложных молекул.

«В настоящее время эти соединения все еще получают в очень небольших количествах из экстракта листьев растения. Мы можем узнать у растения, как производится это соединение, и использовать эти знания для разработки производственных систем, которые являются более экономически эффективными, масштабируемыми и устойчивыми», — сказал он. Ли, первый автор исследования, описывает цель исследования.

Ученые знают, что активность генов различается в клетках растения и что химический состав может сильно различаться от клетки к клетке. Целью недавнего исследования было использование нового набора методов, называемых одноклеточными омиками, для изучения специализированных и редких типов клеток, которые играют центральную роль в биосинтезе натуральных продуктов растений и чьи сигналы часто затенены более многочисленными клетками. типы в органах растений.

«Благодаря одноклеточным омикам у нас есть метод, который позволяет исследователям присваивать генетическую и метаболическую информацию отдельным клеткам», — Лоренцо Капути, руководитель проектной группы по биосинтезу алкалоидов в отделе биосинтеза натуральных продуктов MPI и один из ведущих авторов. , сказал. «Термин «омика» относится к тому факту, что вся коллекция генов или метаболитов оценивается количественно и анализируется».

Как показали анализы, весь путь биосинтеза алкалоида винбластина организован в три стадии и три дискретных типа клеток.

«Первая стадия экспрессируется исключительно в специализированных клетках, связанных с сосудистыми пучками листа, и называется IPAP», — сказал Ли. «Вторая стадия биосинтетического пути экспрессируется только в клетках эпидермиса, слоя клеток, покрывающего листья, а последние известные этапы биосинтетического пути экспрессируются исключительно в идиобластах, редком типе клеток листа».

Исследователи измерили концентрации нескольких промежуточных продуктов метаболического пути винбластина в отдельных клетках и были удивлены результатами.

«Два важных предшественника винбластина — катарантин и виндолин — встречаются в клетках идиобластов в миллимолярных концентрациях, что примерно на три порядка выше, чем сам винбластин», — сказала Сара О'Коннор, руководитель отдела биосинтеза натуральных продуктов в MPI. «Концентрация двух предшественников в этих клетках оказалась намного выше, чем мы ожидали, и даже превысила их концентрацию в экстрактах целых органов.