Фармацевтическая фабрика внутри растения

Новый открытый фермент приближает учёных к пониманию того, как растения производят молекулу с мощными лекарственными свойствами.

Растения рода Glycyrrhiza (солодка) известны как ключевой ингредиент лакричных конфет, но также занимают важное место в медицине. Эти растения используют сложную сборочную линию ферментов для производства молекулы глицирризина — мощного подсластителя, который также действует как высокоэффективное противовоспалительное и противовирусное средство.

Процесс биосинтеза глицирризина изучен не полностью. Исследование группы под руководством Кадзуки Сайто и Тошиюки Муранаки из Центра наук о растениях RIKEN в Йокогаме помогает заполнить некоторые пробелы. По словам Сайто, успех проекта стал возможен благодаря тесному сотрудничеству нескольких исследовательских групп в рамках «Всеяпонского консорциума по исследованию солодки».

Исследователи интересовались ферментами цитохрома P450 монооксигеназами. В предыдущем исследовании они создали большую библиотеку последовательностей генов, экспрессируемых Glycyrrhiza, чтобы выявить ранее не охарактеризованные P450. В этой работе Сайто и Муранака провели функциональный анализ, экспрессировав несколько предполагаемых P450 в культивируемых клетках, чтобы идентифицировать ферменты, действующие на специфические промежуточные продукты в производстве глицирризина.

Они идентифицировали один белок, CYP72A154, который распознавал ранний промежуточный продукт глицирризина 11-оксо-β-амирин в качестве субстрата. Примечательно, что этот фермент, по-видимому, выполняет несколько последовательных реакций окисления этого соединения, эффективно продвигая синтетический процесс на три шага вперёд.

Для подтверждения этих результатов они протестировали функцию CYP72A154, коэкспрессируя его вместе с другими ферментами, известными своим участием в этом биологическом процессе. «Мы добились биотехнологического производства глицирретиновой кислоты, промежуточного продукта глицирризина, с помощью синтетической биологии в дрожжах», — говорит Муранака.

Эта демонстрация частичного биосинтеза глицирризина представляет собой важный шаг в правильном направлении. Несмотря на то, что эту ценную молекулу легко очистить из растений солодки, учёным, возможно, в конечном итоге придётся прибегнуть к лабораторным методам производства. «Существует потенциальный риск нехватки природных ресурсов в ближайшем будущем, — говорит Сайто. — Другая проблема в том, что Китай, доминирующий поставщик солодки, вводит ограничения на её экспорт в качестве государственной политики».

Несколько элементов головоломки всё ещё отсутствуют, но Сайто и Муранака стремятся узнать, что ещё предстоит найти, как с биотехнологической точки зрения, так и с точки зрения понимания аспектов эволюционной истории растений. «Мы до сих пор не знаем, почему и как высшие растения развили системы производства таких интересных соединений», — говорит Муранака.