Растения в ходе эволюции научились вырабатывать особые химические соединения – алкалоиды – для защиты от насекомых и болезней. Человечество веками использует эти вещества в своих целях: от обезболивающих и лекарств до таких повседневных продуктов, как кофеин и никотин. Ученые стремятся досконально понять, как растения создают алкалоиды, чтобы разрабатывать новые медикаменты – быстрее, дешевле и с меньшим вредом для окружающей среды.
Исследователи из Йоркского университета сосредоточили внимание на растении под названием флюггея полукустарниковая (Flueggea suffruticosa), которое производит мощный алкалоид секуринин. Изучая процесс его синтеза, команда обнаружила удивительную деталь. Ключевой ген, ответственный за производство секуринина, оказался больше похож на гены, которые обычно встречаются у бактерий, а не у растений.
Эта находка предполагает, что растения могли использовать необычную эволюционную стратегию. Вместо того чтобы полагаться исключительно на традиционную для них химию, они, по-видимому, повторно применяют молекулярные инструменты, более характерные для микробов. Ученые считают, что такой подход может быть распространен в растительном царстве гораздо шире, чем предполагалось ранее.
Доктор Бенджамин Лихман с биологического факультета Йоркского университета объяснил, почему это открытие так поразило научное сообщество. «Растения и бактерии – это действительно разные формы жизни, поэтому было настоящим сюрпризом увидеть, что это важное растительное химическое вещество производится с помощью гена, подобного бактериальному, – отметил он. – Мы думаем, это означает, что растения «перерабатывают» биологические инструменты, которые чаще встречаются у микробов, когда те могут быть им полезны. Еще более интересно то, что этот ген создает секуринин совершенно иным способом, чем другие хорошо известные растительные химикаты».
Как только исследователи распознали этот новый химический путь, они начали находить похожие гены, скрытые в ДНК многих других растений. Это дало ученым мощный новый метод для выявления полезных природных соединений и понимания того, как они производятся. В будущем эти гены можно будет использовать для производства ценных химических веществ в лабораторных условиях, что снизит потребность в сборе редких растений или использовании экологически вредных промышленных процессов.
Доктор Лихман добавил, что алкалоиды часто требуют осторожного обращения, поскольку могут быть токсичными. «Понимание процесса их создания может помочь нам разработать новые методы их производства в лаборатории или, наоборот, удаления из растений, чтобы сделать их менее ядовитыми, – подчеркнул он. – Теперь, когда мы знаем, как искать этот химический механизм, у нас появляются новые пути для открытия и производства безопасных лекарств».
Результаты исследования, опубликованные в журнале New Phytologist, также могут углубить понимание того, как растения растут и выживают. Эти знания в конечном итоге могут помочь в разработке более сильных и устойчивых сельскохозяйственных культур, в очередной раз доказывая, что фундаментальные открытия в науке о растениях способны привести к прорывам в медицине, сельском хозяйстве и экологии.
