От растений к человеку: как пути метаболизма витамина B6 связывают иммунитет растений и эпилепсию
Исследование под руководством учёных из Колледжа сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды Мартина-Гаттона Университета Кентукки выявило неожиданную биохимическую связь между иммунными реакциями растений и здоровьем нервной системы человека.
Учёные обнаружили, что метаболические пути, регулирующие гомеостаз витамина B6 (критически важного при некоторых формах эпилепсии и для иммунной функции), являются общими для растений и людей. Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.
Работа подчёркивает важность растительной диеты как источника необходимых витаминов и аминокислот, подтверждая глубокие биохимические связи между устойчивостью растений и здоровьем человека. Понимание этих общих метаболических путей открывает новые возможности для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур и улучшения питания человека.
Исследование сосредоточено на катаболизме лизина. Катаболизм, то есть расщепление питательных веществ, — часть метаболизма, сложного ряда химических реакций, поддерживающих жизнь. Лизин — важная аминокислота, необходимая для синтеза белка, образования коллагена, абсорбции кальция и производства ферментов, гормонов и антител.
Исследователи обнаружили, что растения производят Δ1-пиперидеин-6-карбоновую кислоту (P6C) в процессе расщепления лизина, что зеркально повторяет процесс у людей, где повышенный уровень P6C связан с пиридоксин-зависимой эпилепсией. У растений повышенный уровень P6C нарушал баланс витамина B6, истощая его ключевые формы и ослабляя системный иммунитет.
«Наши результаты подчёркивают глубокие эволюционные процессы, которые формируют биохимическую сигнализацию у различных форм жизни», — сказал Хуачжэнь Лю, доктор философии, ведущий автор исследования и постдокторант кафедры фитопатологии.
«Те же молекулярные пути, которые регулируют иммунитет растений, также участвуют в неврологическом здоровье человека, подчёркивая, насколько фундаментальные метаболиты, такие как витамины и аминокислоты, сохранялись на протяжении всей эволюции», — добавил Лю.
Исследование также проливает свет на эволюционное происхождение этих метаболических путей. Учёные выяснили, что определённые ферменты, участвующие в метаболизме лизина и пролина у растений, вероятно, были приобретены от бактерий путём горизонтального переноса генов. Со временем эти ферменты были перепрофилированы для защиты уровня витамина B6 и детоксикации короткоживущих высокоэнергетических молекул, известных как реактивные метаболические промежуточные соединения.
Помимо последствий для иммунитета растений, это открытие подчёркивает более широкое влияние диеты на здоровье человека. Витамин B6, содержащийся во многих растительных продуктах, необходим для функции нейротрансмиттеров, иммунных реакций и метаболизма. Исследование предполагает, что нарушения в метаболизме аминокислот могут иметь широкомасштабные эффекты в биологических системах, неожиданным образом связывая здоровье растений и человека.
«Важно, чтобы мы подходили к витаминным добавкам с осторожностью и полагались в первую очередь на растительную диету для удовлетворения наших ежедневных потребностей в питании», — сказал Прадип Качру, доктор философии, профессор фитопатологии, член Американской ассоциации содействия развитию науки и ведущий эксперт в области системного иммунитета растений.
В исследовательскую группу также вошли Ардра Качру, доктор философии, профессор фитопатологии, и их коллабораторы из Национальной медицинской библиотеки Национальных институтов здравоохранения (NIH), SCIEX и Уорикского университета в Ковентри, Англия.