Растения превращают солнечный свет в лекарства: учёные раскрыли их скрытый потенциал

Растения издавна считаются уникальными биохимическими фабриками: они создают сложные природные соединения, используя энергию солнца и углекислый газ. Но лишь сейчас, благодаря развитию геномики, искусственного интеллекта и биотехнологий, учёные начинают по-настоящему понимать масштаб этих возможностей.

Исследователи из Центра Джона Иннеса под руководством профессора Энн Осборн опубликовали работу в журнале Nature Chemical Biology, где показали, как растения способны синтезировать редкие и ценные химические вещества, в том числе потенциальные лекарственные соединения.

Тритерпены — сокровище зелёного мира

Учёные сосредоточились на тритерпенах — обширном семействе растительных молекул, которые выполняют защитные функции, укрепляют иммунитет растения, влияют на микробиом корней и качество урожая.

Из тритерпенов уже получают множество известных соединений:

• QS-21 — адъювант, усиливающий действие вакцин,

• эсцин — противовоспалительный компонент из конского каштана,

• инсектициды дерева ним, безопасные для пчёл.

Все они формируются из одной исходной молекулы, но приобретают разные структуры под действием ферментов оксидоскваленциклаз (OSC) — своеобразных «скульпторов», складывающих молекулу как бумагу в химическом оригами.

Геномное картирование и новые открытия

Команда Осборн проанализировала геномы 599 растений из 400 видов, чтобы выявить гены, кодирующие OSC. Из 1400 найденных последовательностей для проверки выбрали 20 и с помощью методов молекулярной биологии внедрили их в дикого родственника табака. Это позволило вырастить растения, временно производящие целевые соединения — безопасный и быстрый способ тестирования.

Результаты оказались впечатляющими:

• обнаружены новые химические вещества с фармацевтическим потенциалом;

• «сиротские» тритерпены были связаны с их исходными ферментами;

• найдены соединения, проливающие свет на эволюцию растительных ферментов.

По словам одного из авторов, доктора Майкла Стивенсона, почти каждый протестированный ген дал неожиданный результат: «Мы получили множество новых молекул, не прибегая к сбору редких растений из дикой природы».

Лаборатория, где солнце — главный реактив

Исследование показывает, как сочетание вычислительных методов и биоинженерии позволяет исследовать «тёмную материю» растительных геномов — огромный пласт нераскрытых возможностей, где могут скрываться десятки тысяч полезных веществ.

Профессор Энн Осборн отмечает: «Мы имеем расшифрованные геномы около 1800 видов растений, но в мире их более 450 тысяч. Потенциал природной химии только начинает открываться».

Следующий этап — от лаборатории к медицине

Учёные уже начали сотрудничество с промышленными партнёрами, чтобы изучить новые соединения на предмет их использования как основы для лекарственных препаратов и биотехнологических продуктов.

Эти открытия дают доступ к сложнейшим структурам, которые невозможно или экономически невыгодно синтезировать традиционными методами.

Как говорит доктор Стивенсон, «мы фактически используем силу растений, чтобы производить лекарства из солнечного света и воздуха» — превращая саму природу в лабораторию будущего.