Расшифровка «невозможной» химии канадского луносемянника и переписывание понимания эволюции растений

Исследователи из Северо-Восточного университета обнаружили ранее неизвестные аспекты эволюции растений, что имеет большое значение для создания новых лекарств, спасающих жизни.

Прорыв в генетике и молекулярной биологии

Учёные впервые проследили генетический и молекулярный путь, который позволило определённому растению — канадскому луносемяннику — выполнить химическую реакцию, считавшуюся ранее невозможной для растений: присоединение атома хлора к молекуле.

Результаты исследования, недавно [опубликованные](https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adv6898) в Science Advances, указывают на возможности создания новых, более эффективных методов разработки фармацевтических препаратов.

Работа профессора Цзин-Ке Венга

Работа представляет собой «молекулярную детективную историю», говорит профессор Цзин-Ке Венг, химик, специалист по химической биологии и химической инженерии в Северо-Восточном университете, чья лаборатория Weng Lab возглавляла этот проект.

Открытие фермента DAH

В основе работы исследователей лежит фермент под названием дехлороакутумин галогеназа, или DAH, который помогает луносемяннику производить акутумин — соединение, позволяющее растению защищаться от хищников и болезней.

Значение акутумина

Было обнаружено, что у соединения есть интересные медицинские свойства: оно обладает селективной активностью в борьбе с раком, воздействуя на клетки лейкемии. Некоторые исследования указывают на его применение в неврологии для регуляции ГАМК-рецепторов при потере памяти.

Эволюционный путь DAH

Способность растения присоединять хлор к органической молекуле исключительно редка и ценна: хлор часто используется для повышения эффективности и стабильности лекарств и агрохимикатов.

Для Венга и его команды центральным вопросом было: как именно растение эволюционировало, чтобы получить возможность производить галогенированное соединение? Ответ на этот вопрос мог бы помочь учёным использовать эволюцию в качестве модели для создания собственных дизайнерских ферментов.

Генетическая карта луносемянника

Чтобы разгадать эту эволюционную загадку, исследователи впервые секвенировали весь геном луносемянника. Это дало им генетическую карту, которую они могли использовать для отслеживания происхождения луносемянника шаг за шагом.

Эволюционный путь фермента DAH

Учёные проследили DAH до гена, обнаруженного у других растений, — флавонолсинтазы (FLS), что дало им первое указание на то, что DAH возник из гораздо более распространённого фермента. Затем они смогли увидеть, как в течение сотен миллионов лет луносемянник претерпевал постепенную серию дупликаций, потерь и мутаций генов, чтобы достичь точки, когда некогда обычный фермент мог заменить кислород на хлор.

Ускорение создания «дизайнерских» ферментов

Открытие команды Венга может помочь ускорить переход к «дизайнерским» ферментам, происходящим в нескольких отраслях. Ферменты жизненно важны для катализации химических процессов, которые помогают в создании новых лекарств и терапевтических средств.

Однако многие фармацевтические компании сталкиваются с трудностями при поиске подходящего фермента для нужного лекарства. Молекулярная археология, проведённая лабораторией Венга, может дать ответы на вопросы, которые у нас есть сегодня, основанные на знаниях, полученных сотни миллионов лет назад.

Источник