Учёные разработали биотехнологический процесс для производства жасмоновой кислоты

Растения производят гормон жасмоновую кислоту в качестве защитной реакции на угрозу, что делает их листья невкусными для хищников. Биологи хотят выяснить, приводят ли биологические предшественники и другие варианты жасмоновой кислоты к схожим или разным эффектам. Однако такие производные гормона до сих пор были слишком дорогими для экспериментов и труднодоступными. Исследователи с факультетов химии и биологии Билефельдского университета разработали метод, позволяющий сделать производство биологически значимого предшественника жасмоновой кислоты более эффективным и дешёвым. Их инновация: они имитировали процесс производства гормона растениями. Результат — 12-OPDA, центральный предшественник жасмоновой кислоты. В долгосрочной перспективе он также может быть потенциальным прекурсором для высококачественных духов. Метод был опубликован 29 мая в журнале Advanced Science.

"Жасмоновая кислота может, например, запускать высвобождение токсичных веществ, таких как никотин, в листьях, что вредит хищникам", — объясняет биолог профессор д-р Карл-Йозеф Диц. Она также поддерживает заживление и может стимулировать повреждённые растения к регенерации.

Диц возглавляет рабочую группу по биохимии и физиологии растений. Он исследует реакцию растений на стресс и работает над изменением и оптимизацией их ответа. "Нас интересует эффект предшественников жасмоновой кислоты, таких как 12-OPDA, который доступен лишь в миллиграммовых количествах и стоит несколько сотен евро", — говорит Диц.

"Высокая цена обусловлена трудоёмким процессом производства, так как классический химический синтез 12-OPDA чрезвычайно сложен и включает многочисленные стадии", — говорит химик профессор д-р Харальд Грёгер.

Вместе с Дицем он разработал идею производства 12-OPDA (12-оксофитодиеновой кислоты) с помощью эффективного инновационного синтетического метода. Новый метод использует ферменты в качестве растительных катализаторов в форме, оптимизированной для синтетических целей.

"Важно, чтобы эти ферменты использовались в правильном соотношении", — говорит ведущий автор исследования Яна Лёве. Лучшая часть нового метода в том, что при правильных начальных условиях он затем работает сам по себе.

Как и растения, учёные используют легкодоступную линоленовую кислоту (её можно получить из рапсового масла) в комбинации всего с тремя ферментативными реакциями:

1. Первый фермент включает кислород из воздуха в линоленовую кислоту.
2. Второй фермент производит высоконестабильный промежуточный продукт.
3. Третий фермент преобразует его в 12-OPDA.

"Сложность заключалась в чувствительном, недолговечном промежуточном продукте. Если третий фермент не добавить немедленно, получаются непригодные продукты", — говорит Грёгер.

Лёве решила проблему, используя бактерии (Escherichia coli) в качестве продуцентов ферментов для второй и финальной стадии реакции в комбинации с коммерческим ферментом из сои для первой стадии. Бактерии были генетически модифицированы для производства двух ферментов в требуемых количествах.

"Как только формируется нестабильный промежуточный продукт, необходимый фермент сразу доступен и обеспечивает производство 12-OPDA", — говорит Лёве.

Полученный 12-OPDA можно напрямую использовать в биологических исследованиях или конвертировать в другие вещества. Лёве также разработала для этого метод.

"Это даёт нам библиотеку производных 12-OPDA для физиологических исследований растений", — говорит Диц. "С помощью дальнейших реакций 12-OPDA в будущем можно будет эффективно производить метил дигидрожасмонат", — добавляет Грёгер. — "Это вещество, необходимое в качестве ингредиента во многих известных парфюмах".