Ядовитые растения раскрыли путь к сложным лекарственным молекулам

Аконит (борец) и живокость (дельфиниум) — красивые цветущие растения, которые одновременно являются одними из наиболее ядовитых в умеренных широтах. Их токсичность объясняется дитерпеноидными алкалоидами — сложными молекулами, которые в малых количествах проявляют важные фармакологические свойства: обезболивающие, противовоспалительные и потенциально противоопухолевые. Синтезировать эти соединения химически крайне трудно из-за многостадийного синтеза с труднодоступными промежуточными продуктами. Новое исследование, описанное на Phys.org и опубликованное в Molecular Plant, предлагает биосинтетическое решение. Подробнее о смежных научных разработках ранее писали «Пронедра» в материале о природных соединениях с редкими атомами.

Международная команда учёных полностью расшифровала биосинтетический путь ключевых дитерпеноидных алкалоидов — аконитина и атсизинина — в клетках аконита и дельфиниума. В рамках этого пути растения используют шесть ключевых ферментов, последовательно трансформируя предшественника в конечный алкалоид.

Учёные идентифицировали гены, кодирующие каждый из шести ферментов, и перенесли их в табак — стандартную «биофабрику» для растительных биотехнологий — в рамках подхода «метаболической инженерии». Генетически модифицированные растения табака начали синтезировать целевые алкалоиды.

Практическое значение:

• прямое химическое производство аконитина требует многих шагов и крайне опасных промежуточных реагентов;
• биопроизводство в растительной системе потенциально масштабируемо и менее затратно;
• расшифровка пути открывает возможность модифицировать ферменты для получения новых производных с улучшенными фармакологическими свойствами;
• ряд дитерпеноидных алкалоидов изучается как потенциальные противоопухолевые агенты — именно те, которые труднее всего синтезировать химически.

Результаты доклинические. Безопасность и эффективность конкретных соединений при применении к человеку требуют отдельного изучения.