Новый фермент помогает создавать ценные биоактивные сапонины

Многие растения, включая бобовые, производят природные химические соединения — сапонины. Например, лекарственное растение солодка производит сапонин глицирризин — мощный натуральный подсластитель с противовирусной и другой фармакологической активностью. Соевые сапонины, содержащиеся в соевых бобах, обладают антиканцерогенными и антиоксидантными свойствами.

Однако точный механизм их синтеза в растениях был неясен. Теперь исследовательская группа из Университета Осаки в сотрудничестве с Национальной организацией по исследованиям в области сельского хозяйства и продовольствия (NARO), RIKEN и Университетом Тибы обнаружила ключевое звено в сложном биохимическом пути синтеза сапонинов. Их открытие прокладывает путь к улучшению коммерческого производства этих высокоценных продуктов. Исследование было недавно опубликовано в Nature Communications.

Исследователи Су Ён Чунг и Хикару Секи из Университета Осаки с коллегами из NARO (Масао Ишимото и др.), RIKEN и Университета Тибы изучили коэкспрессионную генную сеть синтеза сапонинов, используя технологии клонирования генов, сравнения последовательностей и биохимического анализа мутантов и генетически модифицированных растений модельного вида бобовых. Они обнаружили новый фермент из семейства CSyGT, структурно похожий на ферменты, производящие целлюлозу в клеточных стенках растений. Неожиданно они показали, что этот новый член семейства отвечает за ключевой этап синтеза сапонинов — присоединение молекулы сахара к тритерпеноидному остову. Это открытие поставило под сомнение общепринятую точку зрения о том, что в этом этапе участвует другой класс ферментов.

Затем они встроили ген нового фермента CSyGT вместе с генами для других этапов биохимического пути в клетки дрожжей. Генно-инженерные клетки успешно произвели глицирризин из простых сахаров, что указывает на потенциальный путь для промышленного производства ценных сапонинов путём крупномасштабного выращивания дрожжевых клеток.

«Наша междисциплинарная команда впервые показала, что этот тип фермента важен для синтеза сапонинов, — говорит автор-корреспондент Тошия Муранака. — Наши результаты заполняют пробел в предыдущих знаниях и также бросают вызов принятому взгляду на работу этого пути биосинтеза».

«Мы показали, что дрожжевые клетки могут производить глицирризин, когда мы вставляем необходимые растительные гены, — объясняет Чунг. — Это открывает перспективу новых способов коммерческого производства этих ценных веществ, а также создания совершенно новых типов сапонинов, которые могут иметь дальнейшее полезное применение в медицине или пищевой промышленности». Секи добавляет: «Производство химических веществ в клеточных культурах также уменьшит необходимость истощать природные растительные ресурсы и поможет достичь жизненно важных Целей устойчивого развития».