Bitkiler, güneş enerjisini ve havadaki karbondioksiti kullanarak, laboratuvarda sentetik olarak kopyalanamayacak şekillerde göz kamaştırıcı bir dizi karmaşık doğal ürün ortaya çıkaran mükemmel kimyagerlerdir.
Bu süper gücün gerçek potansiyeli, genomik veri toplama, yapay zeka ve biyoteknolojideki ilerlemeler sayesinde ancak şimdi tam olarak fark edilmeye başlıyor.
John Innes Merkezi’nden Profesör Anne Osbourn FRS’nin grubundaki araştırmacılar, hızlı ilaç ve doğal ürün keşfinin geleceğine ışık tutan yeni bir çalışmada bu yaklaşımları kullandılar.
“Farklı bitki genomlarının büyük ölçekli madenciliği, oksidoskualen siklaz fonksiyonunun gizli çeşitliliğinin kilidini açıyor” makalesi için Doğa Kimyasal Biyolojibitkilerde önemli işlevleri olan, zararlılara ve patojenlere karşı koruma sağlayan, kök mikrobiyomunu şekillendiren ve ürün kalitesine etki eden triterpenleri araştırdılar.
Triterpenler, bitkisel doğal ürünlerin en büyük ve yapısal olarak en karmaşık grubunu oluşturur ve önemli tıbbi ve ticari öneme sahip zengin bir biyoaktif molekül kaynağıdır.
Örnekler arasında Şili Sabun Kabuğu Quillaja saponaria tarafından üretilen aşı adjuvanı QS-21, at kestanesinden elde edilen anti-inflamatuar bileşik escin ve Neem ağacı tarafından üretilen arı dostu böcek öldürücüler yer alır.
Tüm triterpenler aynı kimyasal başlangıç molekülüyle başlar ve orijinal molekülü kimyasal origamiye benzeyen bir süreçte şekillendiren ve katlayan oksidoskualen siklazlar (OSC’ler) adı verilen enzimlerin faaliyetleri nedeniyle çeşitlenir.
Bu çalışmada Osbourn grubu, yalnızca küçük bir kısmı üzerinde çalışılan bu enzimleri izlemeye koyuldu. OSC’leri kodlayan genler için elektronik kayıt olarak mevcut olan yaklaşık 400 türü temsil eden 599 bitkinin genom dizilerini sistematik olarak incelediler.
Takip edilen ve tanımlanan ilk 1.400 OSC gen dizisinden 20 tanesini fonksiyonel doğrulama için seçtiler.
Bu 20 gen, moleküler biyoloji teknikleri kullanılarak sentezlendi ve daha sonra, John Innes Center’ın öncülük ettiği ve şimdi ortaklar tarafından ticari olarak ileriye taşınan, bitki bazlı, yüksek verimli bir geçici ekspresyon sistemi oluşturan, kültür tütününün yabani bir akrabasına aktarıldı.
Bu genlerin ve enzimlerin ürünlerini test eden ekip:
- İlaç öncüsü olarak kullanılabilecek tamamen yeni kimyalar keşfedildi
- “Yetim” triterpen yapıları (var olduğu bilinen ancak bunları üreten OSC örneklerinin bilinmediği yapılar) ana OSC’leri ile yeniden bir araya geldi.
- OSC’lerin evrimsel yolculuklarına dair ilginç ipuçları veren kimyalar bulundu.
Çalışmanın ortak ilk yazarı, East Anglia Üniversitesi’nde yeni bir grup lideri ve John Innes Merkezi’nde misafir bilim insanı olan Dr. Michael Stephenson şunları söyledi: “Çıkarılan genlerimizin küçük bir örneğinden bu kadar farklı bulguların üretildiğine şaşırdık. Test edilen hemen hemen her gen, birçoğu daha ileri araştırmalar için potansiyel yollar açan ilginç bir sonuç üretti.
“En heyecan vericisi, bu projenin, bitki materyalini vahşi doğada üreten türlerden kaynak alıp işlemek zorunda kalmadan yeni kimyayı keşfetmesidir.”
Çalışma, bitki genomlarının “karanlık maddesini” keşfetmek için hesaplamalı yaklaşımların kullanılmasının açık bir örneğini sunuyor; tıp ve bir dizi ticari uygulama için uygun ölçekte yararlı kimya üretmek amacıyla moleküler biyoloji ve geçici ekspresyon sistemlerini kullanmadan önce gen keşif sürecini hızlandırıyor.
Sorumlu yazar Profesör Anne Osbourn FRS şunları söyledi: “Şu anda yaklaşık 1.800 bitki türünün genom dizilimine sahibiz, ancak bu katlanarak artıyor. Bilinen yaklaşık 450.000 bitki türü var ve bunların hepsinin yararlı ve ilginç kimya üretmesi muhtemel; bu, mümkün olan buzdağının yalnızca görünen kısmı.”
Bu araştırmanın bir sonraki adımlarından biri, keşfedilen kimyasalların kurşun bileşikleri veya ilaç keşfi için yapı taşları olma potansiyellerini araştırmak üzere endüstriyel ortaklarla birlikte çalışmaktır. Osbourn grubu ayrıca araştırılan enzimlerin kapsamını genişletmek için daha fazla OSC aramak için bu boru hattını kullanıyor.
Çalışma aynı zamanda sentetik kimya kullanılarak üretilmesi pratik olmayan oldukça karmaşık yapılara pratik erişim sağlıyor.
Dr. Stephenson şu sonuca varıyor: “Gün ışığından ve ince havadan ilaç yapmak için bitkilerin gücünden yararlanıyoruz.”
