Το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, γνωστό διεθνώς για την έρευνά του στη βιοχημεία των φυτών, βρίσκεται πίσω από μια μελέτη που καταπιάνεται με δύο από τα πιο διαβόητα δηλητηριώδη φυτά του πλανήτη. Σε συνεργασία με την Ακαδημία Επιστημών της Τσεχίας, οι ερευνητές κατάφεραν να χαρτογραφήσουν πώς η ακονίτη (γνωστή και ως monkshood ή λυκοκτόνο) και το δελφίνιο (larkspur) κατασκευάζουν πολύπλοκες τοξικές χημικές ενώσεις που, παραδόξως, ίσως κρύβουν σημαντικές φαρμακευτικές δυνατότητες. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Molecular Plant, ανοίγουν έναν πιθανό δρόμο προς πιο βιώσιμες θεραπείες εμπνευσμένες από τη φύση.
- Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και την Ακαδημία Επιστημών της Τσεχίας μελέτησαν την ακονίτη και το δελφίνιο.
- Εντόπισαν έξι ένζυμα που απαιτούνται για την παραγωγή μιας ένωσης που ονομάζεται ατισίνιο (atisinium).
- Αναπαρήγαγαν τη διαδικασία μέσα σε φυτά καπνού, ως βιώσιμο τρόπο παραγωγής των σπάνιων αυτών μορίων.
Τα δύο φυτά μπορούν να προκαλέσουν νευρική βλάβη και παράλυση ακόμη και σε εξαιρετικά χαμηλές δόσεις. Ωστόσο, σύμφωνα με τους ερευνητές, ενδέχεται να περιέχουν ενώσεις με χρήσιμες ιδιότητες κατά του πόνου, της ελονοσίας, του καρκίνου και των γεωργικών παρασίτων.
«Αυτά τα φυτά έχουν χρησιμοποιηθεί σε διάφορες μορφές ιατρικής σε όλο τον κόσμο για χιλιάδες χρόνια», εξήγησε ο Garret Miller, συν-πρώτος συγγραφέας της εργασίας.
Γιατί τα φυτά παραμένουν οι κορυφαίοι «χημικοί»
Παρά τις τεράστιες προόδους της σύγχρονης επιστήμης, τα φυτά διατηρούν αξεπέραστη ικανότητα να παράγουν περίπλοκες φυσικές ουσίες. «Τα φυτά είναι οι καλύτεροι χημικοί», ανέφερε ο Björn Hamberger, συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής στο Τμήμα Βιοχημείας και Μοριακής Βιολογίας του MSU, εξηγώντας πως τα φυτά τελειοποιούν το «οπλοστάσιό» τους από φυσικές ενώσεις επί εκατομμύρια χρόνια για να επιβιώσουν.
Όπως επισήμανε η Lana Mutabdžija, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στην Ακαδημία Επιστημών της Τσεχίας και συν-πρώτη συγγραφέας, πολλές καθημερινές ουσίες — από την καφεΐνη και την καψαϊκίνη μέχρι τη μενθόλη και τη βανιλίνη — προέρχονται από φυτά, όπως και πολλά από τα φάρμακα που χρησιμοποιούμε σήμερα.
Ένα χημικό αίνιγμα που άντεξε δεκαετίες
Οι επιστήμονες εστίασαν σε μια κατηγορία χημικών ενώσεων που ονομάζονται διτερπενοειδή αλκαλοειδή — εξαιρετικά τοξικά μόρια με πιθανές ιατρικές ιδιότητες. Η δομή τους είναι τόσο πολύπλοκη ώστε οι ερευνητές παλεύουν εδώ και δεκαετίες να κατανοήσουν πώς ακριβώς τα κατασκευάζουν τα φυτά.
Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα της ακονιτίνης, μιας από τις πιο γνωστές ενώσεις της οικογένειας, η οποία απομονώθηκε πριν από περίπου 200 χρόνια. Παρ’ όλα αυτά, οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη καταφέρει να τη συνθέσουν σε εργαστήριο.
Η ερευνητική ώθηση προήλθε από μια απροσδόκητη συνεργασία: σε επιστημονικό συνέδριο στη Βαρκελώνη, ο Hamberger συνάντησε ερευνητές από το εργαστήριο του Tomáš Pluskal στην Ακαδημία Επιστημών της Τσεχίας, οι οποίοι μελετούσαν την ίδια δύσκολη οικογένεια ενώσεων στην ακονίτη.
Πώς εντόπισαν τη χημική «γραμμή παραγωγής»
Η διεθνής ομάδα ανέλαβε να χαρτογραφήσει την ακριβή αλληλουχία βιοχημικών βημάτων που χρησιμοποιούν τα δύο φυτά. Η έρευνα έμοιαζε με μοριακό κυνήγι θησαυρού: οι επιστήμονες εξέτασαν διάφορα είδη και παρακολούθησαν χιλιάδες γονίδια, αναζητώντας εκείνα που «ενεργοποιούνταν» στους σωστούς ιστούς και τη σωστή στιγμή.
«Μπορείτε να φανταστείτε μια βιοσυνθετική οδό σχεδόν σαν γραμμή συναρμολόγησης», εξήγησε ο Miller. «Αν έχετε δέκα βήματα στη σειρά για να φτιάξετε ένα τελικό προϊόν και ξαφνικά ένα σταματήσει, τα επόμενα δεν μπορούν να συμβούν.»
Ο καπνός μετατράπηκε σε ζωντανό «εργοστάσιο»
Αφού εντόπισαν μια πολλά υποσχόμενη ομάδα γονιδίων, οι ερευνητές μετέφεραν τις γενετικές οδηγίες σε φυτά καπνού, τα οποία χρησίμευσαν ως βολικά ζωντανά εργοστάσια. Η ανάλυση έδειξε ότι τα τροποποιημένα φυτά είχαν συναρμολογήσει τη ζητούμενη οδό: έξι διακριτά ένζυμα συνεργάστηκαν για να παραχθεί το ατισίνιο (atisinium), ένα διτερπενοειδές αλκαλοειδές. Τα ένζυμα διαμόρφωσαν το μόριο στην περίπλοκη τελική του δομή και επέτρεψαν την προσθήκη μιας απαραίτητης πηγής αζώτου που η ομάδα δεν είχε προβλέψει.
Η σημασία αυτής της προόδου είναι πρακτική: τα φυτά παράγουν τέτοιες εξειδικευμένες ουσίες σε πολύ μικρές ποσότητες και με αργό ρυθμό. Αυτό σημαίνει ότι, εφόσον αποκρυπτογραφηθεί μια βιοσυνθετική οδός, οι γενετικές οδηγίες μπορούν να μεταφερθούν σε έναν τροποποιημένο ξενιστή — όπως η ζύμη — που μπορεί να λειτουργήσει ως βιολογικό σύστημα παραγωγής, καθιστώντας δυνατή τη μελέτη αυτών των σπάνιων μορίων σε μεγαλύτερη κλίμακα.
Σύμφωνα με την Mutabdžija, «σε ένα ιδανικό σενάριο, αυτό θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει στη δημιουργία νέων φαρμάκων εμπνευσμένων από αυτά τα φυσικά προϊόντα». Πρόκειται πάντως για μια αρχική επιστημονική βάση και όχι για έτοιμη θεραπεία.
Σας εκπλήσσει που φυτά ικανά να προκαλέσουν παράλυση θα μπορούσαν να γίνουν πηγή νέων φαρμάκων; Μοιραστείτε τη γνώμη σας για το πώς η φύση εμπνέει τη σύγχρονη ιατρική.
