Należący do rodziny kapustowatych pszonak (Erysimum) świetnie nadaje się na roślinę modelową do badań nad potencjalnymi lekami na choroby serca i nowotwory – informuje pismo “eLife”.
Kardenolidy to związki zaliczane do glikozydów nasercowych. Są wytwarzane przez rośliny takie, jak naparstnica wełnista i purpurowa, miłek wiosenny, konwalia majowa, cebula morska czy strofant wdzięczny. Od dawna stosuje się je w leczeniu chorób serca, wykazują też potencjał jako leki przeciwnowotworowe. Są jednak bardzo toksyczne, co wymaga precyzyjnego dawkowania, dobranego do konkretnego pacjenta. Duże znaczenie ma na przykład sprawność usuwania kardenolidu przez nerki. Zbyt wysoka dawka może spowodować zatrzymanie akcji serca.
Naukowcy od dziesięcioleci próbowali ustalić, w jaki sposób rośliny biosyntezują kardenolidy. Mogłoby to pomóc w opracowaniu bezpieczniejszych leków. Jednak naparstnica i mlecz, które wytwarzają najbardziej znane kardenolidy, nie nadają się do eksperymentalnych technik identyfikacji genów i enzymów zaangażowanych w biosyntezę glikozydów.
Nowe badania przeprowadzili specjaliści z wielu ośrodków pod kierunkiem Georga Jandera z Boyce Thompson Institute, i Tobiasa Züsta, z Uniwersytetu w Bernie. Jak wykazali, jako model biosyntezy kardenolidów można wykorzystać pszonaka drobnokwiatowego Erysimum cheiranthoides, który ze względu na zawartość glikozydów eryzyminy oraz eryzymozydu stosowany był przeszłości jako środek nasercowy.
Pszonak okazał się znakomitym modelem do badań genetycznych ze względu na łatwe rozmnażanie i krótki cykl życia – daje nasiona w ciągu 10 tygodni.
Naukowcom udało się zsekwencjonować ponad 9 000 genów E. cheiranthoides i 47 innych gatunków z rodzaju Erysimum. Wyniki stanowią podstawę do identyfikacji genów kodujących enzymy biorące udział w biosyntezie kardenolidów. Udało się odkryć na przykład potencjalne ścieżki modyfikacji podstawowego kardenolidu prekursorowego – digitoksygeniny – w osiem bardziej złożonych strukturalnie cząsteczek.
Badanie ujawniło dużą różnorodność kardenolidów, występujących zarówno w obrębie rodzaju Erysimum jako całości, jak i w poszczególnych gatunkach – było ich 95. Wykryto także 25 glukozynolanów.
Wiele gatunków roślin produkuje albo kardenolidy, albo glukozynolany – jako toksyny chroniące przed roślinożernymi owadami. Z kolei wiele owadów rozwinęło odporność na jedną lub drugą klasę chemiczną, w zależności od tego, co występuje w ich pożywieniu. Rodzaj Erysimum jest o tyle niezwykły, że wytwarza oba rodzaje związków.
Jak sugerują wyniki badań, rodzaj Erysimum pierwotnie wytwarzał tylko glukozynolany, ale 2–4 miliony lat temu stał się zdolny do produkcji kardenolidów ramach “wyścigu zbrojeń” między roślinami i owadami. Kardenolidy dają Erysimum przewagę nad owadami – żaden nie rozwinął jeszcze odporności na oba rodzaje toksyn.
Co zaskakujące, produkcja dodatkowych związków wydaje się nie być istotnym obciążeniem dla roślin z rodzaju Erysimum – nie wpływa w dostrzegany sposób na ich wzrost, reprodukcję czy stan zdrowia.
Obecnie trwają prace, mające na celu poznanie całego szlaku biosyntezy kardenolidów. Jeśli to się uda, odpowiednie geny można będzie wprowadzić do genomu bakterii lub drożdży, aby produkować bezpieczniejsze od dotychczasowych leki kardiologczne lub onkologiczne.(PAP)
Autor: Paweł Wernicki, pmw/ zan/, PAP Nauka w Polsce
Facebook
RSS