8 سبتمبر 2008
لا جولا ، كاليفورنيا - حتى النباتات ذات الصلة الوثيقة تنتج الكوكتيلات الكيميائية الطبيعية الخاصة بها ، كل مجموعة تتكيف بشكل فريد مع الموئل الخاص بالنباتات الفردية. بمقارنة مضادات الفطريات التي ينتجها التبغ والهينبان ، اكتشف الباحثون في معهد سالك للدراسات البيولوجية أن طفرات قليلة فقط في إنزيم رئيسي كافية لتحويل الناتج بالكامل إلى مزيج منتج جديد تمامًا. أدى إجراء تغييرات أقل إلى مزيج من جزيئات الهينبان والتبغ وحتى ما يسمى بـ "الهجينة الكيميائية" ، موضحًا كيف يمكن للنباتات العبث بمصانعها الكيميائية الطبيعية وتعديل خط إنتاجها إلى بيئة متغيرة دون إغلاق المصانع الكيميائية داخل الخلايا تمامًا .
لم تمنح النتائج علماء Salk لمحة عن الماضي التطوري للنباتات فحسب ، بل قد تساعدهم أيضًا في ضبط إنتاج مبيدات الفطريات والمبيدات الحشرية الطبيعية والصديقة للبيئة بالإضافة إلى النكهات والعطور الجديدة عن طريق قلب "المقابض الأنزيمية" في الجانب الأيمن. اتجاه.
في محاولة لتحقيق أقصى استفادة من ممتلكاتها ، تعتمد النباتات على ترسانة رائعة من الجزيئات المتطايرة وغير المتطايرة ، والتي تنتشر بسهولة عبر أغشية الخلايا التي تنتجها للتواصل والتفاعل مع العالم الخارجي. غالبًا ما تكون هذه المواد الكيميائية عطرية للغاية ومخصصة للغاية لمكان إيكولوجي معين ، فهي تجذب الملقحات ، وتستدعي الحيوانات المفترسة الطبيعية للآفات ، وتدافع عن المنافسين ، أو تحمي من مسببات الأمراض النباتية الطبيعية مثل الفطريات والبكتيريا من خلال خصائصها المضادة للميكروبات.
"معظم الناس على دراية بالكلمة التنوع البيولوجي، ولكن "التنوع الكيميائي" - النسيج الاستثنائي للمواد الكيميائية الطبيعية الموجودة في النباتات - لا يقل أهمية عن الحياة ، وظهور أنواع جديدة وبقاء العديد من النظم البيئية المختلفة على الأرض "، كما يقول الباحث في معهد هوارد هيوز الطبي جوزيف ب، دكتوراه ، مدير مركز Jack H. Skirball للبيولوجيا الكيميائية والبروتيوميات ، الذي قاد الدراسة ، التي نُشرت قبل طبعها في طبعة 7 سبتمبر عبر الإنترنت من الطبيعة الكيميائية الحياتية.
لقرون ، استغلت البشرية هذا الخزان الهائل من المواد الكيميائية الطبيعية لاكتشاف أدوية جديدة لعلاج الأمراض. "إن فهم الكيمياء والمبادئ التطورية التي يقوم عليها هذا التنوع البيولوجي الاستثنائي سيوضح لنا كيفية تغيير مسارات التخليق الحيوي لتزويد المحاصيل بدفاعات طبيعية وصديقة للبيئة ضد الآفات والأمراض ، لإنتاج أدوية جديدة ، لتعزيز مستويات العناصر الغذائية التي تعزز الصحة والتي تحدث بشكل طبيعي أو لتسريع تكيف النبات في مواجهة التغير المناخي العالمي ، "يأمل نويل.
بالنسبة للدراسة الحالية ، قام الباحث ما بعد الدكتوراه والمؤلف الأول Paul O'Maille ، دكتوراه ، بالتحقيق في المسارات الأيضية التي يستخدمها أفراد عائلة الباذنجانيات ، والتي تشمل التبغ والطماطم والبطاطس والفلفل والهيبان ، لإنتاج التربين - وهي مركبات نقل الروائح والنكهات العطرية إلى الأطعمة. في كثير من الحالات ، يتم تعديلها أيضًا في النبات لإنتاج ما يسمى بـ phytoalexins ، وهي أشكال طبيعية من المركبات المضادة للفطريات والميكروبات الموجودة في العديد من النباتات المختلفة.
هينبان (هيوسياموس ميوتيكوس) والتبغ (النيكوتين تبغ) تعتمد كل منها على فيتواليكسين مختلف للدفاع عن نفسها بنجاح ضد الفطريات النموذجية لموائلها. ومع ذلك ، فإن أكثر من 500 من الأحماض الأمينية التي تشكل المصانع الكيميائية في كل منها - والمعروفة باسم سينثاس سيسكيتيربين - متطابقة تقريبًا مع بعضها البعض ، مع وجود اختلافات طفيفة جدًا تراكمت على مدى عدة ملايين من السنين من التغيير التطوري. باستخدام التحليلات الهيكلية ، اكتشف O'Maille وزملاؤه في وقت سابق أن تغيير 9 فقط من 550 من الأحماض الأمينية يحول الإنتاج من فيتوالكسينات خاصة بالتبغ إلى إصدارات الهينبان والعكس صحيح.
هذه المرة ، كانوا يحاولون فهم العديد من الطرق المحتملة التي تعبر الفجوة التطورية بين التبغ وتركيبات هينبان سيسكيتيربين. أنشأ O'Maille مكتبة جينات قامت بتشفير جميع تركيبات الأحماض الأمينية الممكنة ، 512 في المجموع ، وأنتجت وحلل البروتينات الطافرة ، مع إيلاء اهتمام خاص للإنتاج الكيميائي وكفاءة كل إنزيم. يقول O'Maille: "كان هذا أول جهد منهجي لربط تباين تسلسل الحمض النووي بالتعقيد الكيميائي".
كشفت هذه اللمحة الأولى عن مشهد وعرة للأنشطة التحفيزية ، حيث تؤدي التغييرات الصغيرة تدريجياً إلى تغيير التوازن بين كل من الفيتوالكسين وفي بعض الحالات تسبب قفزات تطورية سريعة. يقول O'Maille: "ليس التغيير المحدد في الأحماض الأمينية هو المهم بل السياق الجيني الذي يحدث فيه".
يخطط باحثو Salk الآن لتوسيع دراساتهم لتشمل أفرادًا آخرين من عائلة الباذنجانيات ، بما في ذلك الطماطم والبطاطس والفلفل والباذنجان ، لمعرفة كيف يتم تلخيص النظام المخبري المبسط بواسطة الطبيعة الأم.
يقول نويل: "ستأخذنا هذه الدراسة الأخيرة الأكبر حجمًا إلى جميع أنحاء العالم لأخذ عينات من الكائنات الحية والنظم البيئية التي تأوي هذه العائلة الكبيرة من النباتات المهمة من الناحية الزراعية" ، ويتوقع أن "من شبه المؤكد أن نظامنا التجريبي المبسط للغاية الذي نُشر للتو سيخضع للمراجعة بينما نقشر طبقات الزمن للخلف ونبدأ في فهم الإمكانات البيوكيميائية الهائلة للمملكة النباتية ".
ومن بين الباحثين الذين ساهموا أيضًا في الدراسة المتدربون آرثر مالون وإيزولت شيهان وطالبة الدراسات العليا نيكي ديلاس في مختبر نويل. البروفيسور ب. أنديس هيس جونيور ، دكتوراه ، قسم الكيمياء في جامعة فاندربيلت في ناشفيل ؛ الأستاذة ليديا سمنتك ، دكتوراه ، معهد الفيزياء ، جامعة نيكولاس كوبرنيكوس ، تورون ، بولندا ؛ عالم الأبحاث بريان ت. جرينهاجين ، دكتوراه ، ميكروبيا الهندسة الدقيقة ؛ البروفيسور جو تشابيل ، دكتوراه ، في قسم علوم النبات والتربة في جامعة كنتاكي في ليكسينغتون ؛ وجيرارد مانينغ ، دكتوراه ، مدير مركز رضوي نيومان للمعلوماتية الحيوية في معهد سالك.
معهد سالك للدراسات البيولوجية في لا جولا ، كاليفورنيا ، هو منظمة مستقلة غير ربحية مكرسة للاكتشافات الأساسية في علوم الحياة ، وتحسين صحة الإنسان وتدريب الأجيال القادمة من الباحثين. افتتح جوناس سالك ، دكتوراه في الطب ، الذي قضى لقاح شلل الأطفال على مرض شلل الأطفال المسبب للشلل في عام 1955 ، المعهد في عام 1965 بهدية أرض من مدينة سان دييغو وبدعم مالي من مسيرة الدايمز.
مكتب الاتصالات
هاتف: (858) 453-4100
اضغط@salk.edu
