Люди употребляют табак на протяжении тысячелетий, хотя никотин впервые был извлечен из табачных растений лишь в конце 1820-х годов.
Теперь, спустя 200 лет, ученые наконец-то выяснили, как табачное растение производит молекулы никотина.
Это открытие потенциально может изменить производство продукции из табака или с использованием табачных сортов, практика, известная как «молекулярное земледелие растений».
Ученые занимаются генной инженерией табачных растений для получения терапевтических соединений и даже вакцин, но никотин представляет собой проблему: он вызывает сильную зависимость.
Понимание процесса образования никотина может позволить исследователям разработать способы предотвращения его производства в растениях.
«Это важный момент в науке о растениях и биохимии, поскольку мы наконец-то получили ответ, который искали более 200 лет», — говорит биолог Бенджамин Лихман из Йоркского университета.
В своем новом исследовании Лихман и его коллеги из Копенгагенского университета в Дании выявили гены и ферменты, которые способствуют выработке никотина.
«Благодаря этим новым знаниям мы можем удалить или перепрофилировать никотин, который естественным образом вырабатывается растением, и создать более совершенные биотехнологические инструменты», — говорит Лихман.
«В будущем также открываются захватывающие перспективы для адаптации никотиновой системы табака с целью создания полезных фармацевтических соединений».
В ходе генетического анализа табака ( Nicotiana tabacum ) исследователи выявили гены, расположенные близко друг к другу в ДНК табака и активирующиеся одновременно с генами, уже известными своей ролью в производстве никотина.
Затем они выделили ферменты, вырабатываемые этими генами.
Как в пробирках, так и в живых растениях исследователи продемонстрировали, что эти ферменты объединяются, образуя никотин.
Оказывается, эти ферменты работают посредством хитроумного процесса, который отчасти объясняет, почему они так долго оставались скрытыми.
Первоначально молекула глюкозы присоединяется к строительным блокам никотина, переводя их в реакционноспособное состояние, необходимое для синтеза никотина. Затем эта же молекула отщепляется после завершения процесса – таким образом, сахар выполняет свою важную функцию, а затем исчезает.
Исследователи также идентифицировали два фермента, NaGR и NicGS, которые помогают собирать молекулу никотина из исходных материалов. Этими материалами являются аминокислота, участвующая в построении белков, и витаминоподобное соединение.
«Это захватывающе, потому что имеет реальное практическое применение», — говорит Лихман.
«Близкий родственник табака, Nicotiana benthamiana , уже используется в «молекулярном земледелии» для производства жизненно важных лекарств и вакцин».
«Это открывает новые возможности для использования табачных растений во благо: не в сигаретах, а в лекарствах и других ценных продуктах».
Другое недавно опубликованное исследование подтверждает эти выводы: никотин образуется из глюкозы при участии цепочки ферментов, после чего глюкоза исчезает.
Исследователи утверждают, что именно это полное исчезновение, а также необычный способ использования глюкозы в данном случае по сравнению с другими растительными процессами, делали процесс производства никотина таким труднодостижимым на протяжении столь долгого времени.
Остаются некоторые вопросы относительно производства никотина в табаке, но основные этапы и ключевые компоненты уже определены.
Исследователи предполагают, что этот процесс можно модифицировать для получения различных химических веществ и табака с низким содержанием никотина; однако предыдущие попытки приводили к замедлению роста растений.
См. также: Растения перестали процветать, когда Земля потеплела 56 миллионов лет назад
В конечном итоге, эти исследователи не только разгадали загадку, существовавшую 200 лет, но и заложили основу для более совершенных и точных методов биоинженерии.
«Табачные растения можно использовать в биотехнологии в качестве основы для производства вакцин или других фармацевтических препаратов, но их недостаток заключается в наличии никотина, который загрязняет продукцию и требует обработки для его удаления», — говорит Лихман.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications .
Статьи ScienceAlert пишутся, проверяются на достоверность и редактируются людьми, никогда не создаются искусственным интеллектом. Не пропустите ни одной статьи, подпишитесь здесь.
Новости по теме
- «Суперизвержение», которое могло бы похоронить Новую Зеландию, наконец-то обрело смысл.
- Самый крупный из когда-либо обнаруженных динозавров в Юго-Восточной Азии оказался настоящим гигантом.
- Когда астероид, уничтоживший динозавров, упал на Землю, эта форма жизни поглотила его смерть.