Studimi u përqendrua te wolfsbane dhe larkspur dhe bashkoi shkencëtarë nga Universiteti Shtetëror i Miçiganit dhe Akademia Çeke e Shkencave. Gjetjet u publikuan në revistën Molecular Plant.
“Këto bimë janë përdorur në forma të ndryshme të mjekësisë në të gjithë botën për mijëra vjet,” tha Garret Miller, ish-student i MSU-së, bashkautor i parë i punimit dhe aktualisht profesor asistent i bioteknologjisë në Universitetin e Miçiganit-Flint.
“Ne e dimë se ato ndërveprojnë me trupin tonë në shumë mënyra dhe të kuptuarit se si t’i krijojmë ato mund të ndihmojë në ofrimin e rrugëve krejtësisht të reja për testim.”
Kimia e fuqishme e bimëve helmuese
Pavarësisht përparimeve të mëdha në shkencën moderne, bimët mbeten të pakrahasueshme në aftësinë e tyre për të prodhuar kimikate natyrore të ndërlikuara.
“Bimët janë kimistët më të mirë që ekzistojnë, duke përmirësuar arsenalin e tyre të përbërjeve natyrore për miliona vite për t’i ndihmuar të mbijetojnë,” tha Björn Hamberger, autor i studimit dhe profesor i emëruar James K. Billman në Departamentin e Biokimisë dhe Biologjisë Molekulare të MSU-së.
“Njerëzit kanë gjetur përdorime të panumërta për këto molekula në jetën e përditshme,” shtoi Lana Mutabdžija, studente e diplomuar në Akademinë Çeke të Shkencave dhe bashkautore e parë e punimit të fundit.
“Këto përfshijnë kafeinën, kapsaicinën, mentolin dhe vanilinën, pa përmendur faktin se shumë nga ilaçet që përdorim sot ose vijnë drejtpërdrejt nga bimët, ose janë frymëzuar nga kimia bimore.”
Laboratori Hamberger në MSU studion këto substanca natyrore, të njohura si metabolitë të specializuar, dhe eksploron se si mund të përdoren në mënyrë praktike.
Në vitet e fundit, grupi e drejtoi vëmendjen te larkspur, e cila quhet gjithashtu delphinium për shkak të luleve të saj në formë delfini. Studiuesit dëshironin të përcaktonin se si bima prodhon alkaloide diterpenoide, një grup kimikatesh që janë shumë toksike, por që mund të kenë edhe veti të dobishme mjekësore.
Një enigmë kimike e kahershme
Zbërthimi i këtij procesi paraqiti një sfidë të madhe.
Alkaloidet diterpenoide kombinojnë veçori nga dy prej grupeve më të vjetra dhe më të mëdha të kimikateve bimore në planet. Strukturat e tyre janë aq të ndërlikuara sa shkencëtarët kanë pasur vështirësi për dekada të tëra për të kuptuar saktësisht se si bimët i ndërtojnë ato.
Akonitina, një nga përbërjet më të njohura në këtë familje, u izolua pothuajse 200 vjet më parë. Megjithatë, studiuesit ende nuk kanë arritur ta sintetizojnë me sukses në laborator.
Projekti mori hov përmes një bashkëpunimi të papritur.
Në një konferencë shkencore në Barcelonë, Hamberger u takua me studiues nga laboratori i Tomáš Pluskal në Akademinë Çeke të Shkencave. Grupi Pluskal, përfshirë Mutabdžija-n, po studionte të njëjtën familje të vështirë të alkaloideve diterpenoide te wolfsbane, një i afërm i njohur shumë helmues i larkspur, i cili njihet gjithashtu si monkshood.
“Kur ndodh kjo, ne mund të vazhdojmë secili rrugën tonë, ose të bashkohemi, dhe është bashkimi ai që gjithmonë çon në shkencën më të mirë,” tha Hamberger.
Gjurmimi i linjës së montimit kimik të bimëve
Pasi bashkuan forcat, ekipi ndërkombëtar u përpoq të identifikonte rendin e saktë të hapave biokimikë që përdorin wolfsbane dhe larkspur për të prodhuar alkaloide diterpenoide.
Kërkimi i ngjante një kërkimi molekular. Studiuesit analizuan disa lloje të të dyja bimëve dhe gjurmuan mijëra gjene, duke kërkuar ato që aktivizoheshin në indet e duhura dhe në momentin e duhur.
“Ju mund ta imagjinoni një rrugë biosintetike pothuajse si një linjë montimi,” tha Miller, i cili mori doktoraturën në Laboratorin Hamberger. “Nëse keni dhjetë hapa radhazi të nevojshëm për të ndërtuar një produkt përfundimtar dhe papritur njëri ndalon, hapat pasues nuk mund të ndodhin.”
Bimët në përgjithësi prodhojnë metabolitë të specializuar në sasi shumë të vogla dhe me ritëm të ngadaltë. Prandaj, identifikimi i rrugëve biokimike pas tyre është thelbësor për prodhimin e këtyre përbërjeve në shkallë më të madhe dhe përdorimin e tyre për probleme reale.
Pasi studiuesit zgjidhin një rrugë, ata mund të transferojnë udhëzimet gjenetike për ndërtimin e një përbërjeje te një organizëm pritës i modifikuar, siç është majaja.
Kjo formë e biohakerimit mund ta shndërrojë organizmin pritës në një sistem biologjik prodhimi, duke e lejuar atë të prodhojë sasi më të mëdha të kimikatit të dëshiruar për studime dhe zhvillime të mëtejshme.
“Në një skenar ideal, kjo mund të ndihmojë përfundimisht në krijimin e ilaçeve të reja të frymëzuara nga këto produkte natyrore,” tha Mutabdžija.
Bimët e duhanit bëhen biofabrika të gjalla
Pasi identifikuan një grup premtues gjenesh nga wolfsbane dhe larkspur, studiuesit transferuan këto udhëzime gjenetike te bimët e duhanit. Duhani shërbeu si një fabrikë e gjallë e përshtatshme për të testuar nëse gjenet mund të riprodhonin procesin kimik të bimëve.
Analizat treguan se bimët e modifikuara të duhanit kishin ndërtuar rrugën që ekipi po kërkonte. Gjashtë enzima të ndryshme punuan së bashku për të prodhuar atisinium, një alkaloid diterpenoid.
Enzimat ndihmuan në formësimin e molekulës në strukturën e saj të ndërlikuar përfundimtare. Ato gjithashtu mundësuan shtimin e një burimi thelbësor azoti, të cilin studiuesit nuk e kishin pritur.
Duke identifikuar hapat e parë biokimikë të nevojshëm për krijimin e atisiniumit, ekipi ka fituar një pikënisje të rëndësishme për studimin e familjes më të gjerë të alkaloideve diterpenoide dhe vetive të tyre potencialisht të dobishme mjekësore.
“Vizionin tonë është të ofrojmë mjete të gjelbra dhe të qëndrueshme që do të na lejojnë të shfrytëzojmë fuqinë natyrore të këtyre bimëve,” tha Hamberger.
