O echipă internaţională de cercetători a descifrat, după aproape 200 de ani, mecanismul prin care planta de tutun produce această substanţă. Descoperirea ar putea deschide calea către plante de tutun cu un conţinut redus de nicotină şi către noi utilizări biotehnologice, inclusiv în producerea de medicamente şi vaccinuri, relatează Science Alert.
Oamenii consumă tutun de mii de ani, însă abia la sfârşitul anilor 1820 nicotina a fost extrasă pentru prima dată din plantele de tutun. Acum, la aproape 200 de ani distanţă, oamenii de ştiinţă au descoperit în sfârşit modul în care planta de tutun produce moleculele de nicotină.
Descoperirea ar putea transforma produsele realizate din specii de tutun sau cu ajutorul acestora, într-un domeniu cunoscut sub numele de „agricultură moleculară vegetală” (plant molecular farming).
Cercetătorii modifică genetic plante de tutun pentru a produce compuşi terapeutici şi chiar vaccinuri, însă nicotina reprezintă o problemă deoarece este o substanţă puternic adictivă.
Înţelegerea modului în care este produsă nicotina ar putea permite dezvoltarea unor metode prin care formarea acesteia să fie împiedicată în plante.
„Este un moment important pentru ştiinţa plantelor şi biochimie. În sfârşit avem răspunsul pe care îl căutăm de peste 200 de ani”, a declarat biologul Benjamin Lichman, de la Universitatea din York.
Lichman şi colegii săi de la Universitatea din Copenhaga au identificat, în noul studiu, genele şi enzimele implicate în producerea nicotinei.
„Cu aceste noi cunoştinţe putem elimina sau reutiliza nicotina produsă în mod natural de plantă şi putem crea instrumente biotehnologice mai performante”, a spus Lichman.
„Există, de asemenea, un potenţial interesant de a adapta în viitor sistemul prin care tutunul produce nicotină pentru a obţine compuşi farmaceutici utili.”
Prin analiza genetică a plantei de tutun (Nicotiana tabacum), cercetătorii au identificat gene situate una lângă alta în ADN-ul plantei, care se activează simultan cu gene deja cunoscute ca fiind implicate în producerea nicotinei.
Ulterior, ei au izolat enzimele produse de aceste gene.
Atât în experimente de laborator, cât şi în plante vii, cercetătorii au demonstrat că aceste enzime se combină pentru a forma nicotina.
S-a dovedit că enzimele funcţionează printr-un proces ingenios, care explică parţial de ce au rămas nedescoperite atât de mult timp.
Iniţial, o moleculă de glucoză se ataşează componentelor de bază ale nicotinei, aducându-le într-o stare reactivă necesară formării moleculei. După finalizarea procesului, aceeaşi moleculă se desprinde complet. Astfel, zahărul îşi îndeplineşte rolul esenţial şi apoi dispare fără urmă.
Cercetătorii au identificat şi două enzime, NaGR şi NicGS, care contribuie la asamblarea moleculei de nicotină din materiile sale prime. Aceste materii prime sunt un aminoacid implicat în formarea proteinelor şi un compus asemănător vitaminelor.
„Este o descoperire entuziasmantă deoarece are aplicaţii practice”, a explicat Lichman.
„O rudă apropiată a tutunului, Nicotiana benthamiana, este deja utilizată în agricultura moleculară pentru producerea unor medicamente şi vaccinuri care salvează vieţi.”
„Această descoperire deschide noi modalităţi de a folosi plantele de tutun în scopuri benefice, nu pentru ţigări, ci pentru medicamente şi alte produse valoroase.”
Un alt studiu publicat recent susţine aceste concluzii: nicotina este creată cu ajutorul glucozei şi al unui lanţ de enzime, după care molecula de glucoză dispare complet.
Potrivit cercetătorilor, această dispariţie totală, împreună cu modul neobişnuit în care glucoza este utilizată în comparaţie cu alte procese biologice ale plantelor, este motivul pentru care mecanismul producerii nicotinei a rămas atât de greu de descifrat.
Deşi mai există întrebări fără răspuns privind producţia nicotinei în plantele de tutun, oamenii de ştiinţă afirmă că au identificat acum etapele principale şi ingredientele-cheie ale procesului.
Ei sugerează că mecanismul ar putea fi modificat pentru a produce alte substanţe chimice sau plante de tutun cu niveluri reduse de nicotină. Totuşi, încercările anterioare în această direcţie au afectat dezvoltarea normală a plantelor.
În cele din urmă, cercetătorii consideră că nu doar au rezolvat un mister vechi de 200 de ani, ci au pus şi bazele unor metode mai avansate şi mai precise de bioinginerie.
„Plantele de tutun pot fi utilizate în biotehnologie ca platforme pentru producerea de vaccinuri sau alte produse farmaceutice, însă prezenţa nicotinei reprezintă o problemă, deoarece contaminează produsele şi necesită procese suplimentare pentru a fi eliminată”, a concluzionat Lichman.
Editor : Ș.A.
