Kahden vuosisadan ajan nikotiini käyttäytyi tupakassa kuin kummitus, läsnä vaikutuksissaan mutta vaikeasti jäljitettävissä syntypaikastaan. Nyt tutkijat ovat viimein nostaneet verhon ja paljastaneet paitsi tekijät myös sen, miten molekyyli kootaan.
Kaikki alkoi geneettisestä aavistuksesta. Tutkijaryhmät Iso-Britanniasta ja Tanskasta kartoittivat viljellyn tupakan, Nicotiana tabacumin, genomin etsien geeniryhmiä, jotka aktivoituivat samaan aikaan niiden kanssa, joita jo epäiltiin osallistuvan nikotiinin muodostukseen. Löydetty kuvio oli silmiinpistävä: geenit istuivat vierekkäin, aktivoituivat ryhmänä ja tuottivat entsyymejä, jotka näyttivät toimivan yhdessä saman kemiallisen ketjun eri vaiheissa.
Nuo entsyymit puhdistettiin ja testattiin ensin koeputkissa ja sen jälkeen takaisin eläviin kasveihin asennettuina. Tulokset olivat yksiselitteiset. Kaksi juuri tunnistettua toimijaa, NaGR ja NicGS, yhdistyvät muiden solun aineiden kanssa rakentaen nikotiinin yksinkertaisista rakennuspalikoista: proteiineissa käytettävästä aminohaposta ja vitamiinimaiseen yhdisteeseen verrattavasta molekyylistä. Tiimi osoitti, että reitti toimii myös elävissä kasveissa ja todisti näin pitkään etsityn mekanismin nikotiinin biosynteesiin.
Miksi tämä reitti sitten pysyi piilossa niin kauan? Koska tupakkakasvi peittää jälkensä. Ketjun varhaisissa vaiheissa glukoosimolekyyli kiinnittyy väliaikaisesti syntyviin osiin, valmistaen niitä seuraaville reaktioille. Kun nikotiinin runko on koottu, sama sokeri irrotetaan ja katoaa. Kyse on ovelasta biokemiallisesta tempusta: glukoosi mahdollistaa reaktion ja poistuu sitten, jättäen vain vähän jälkiä menneille kemisteille seurattavaksi.
Tämä ohimenevä sokerivaihe on enemmän kuin biokemiallinen kuriositeetti. Se selittää sekä reitin vaikeasti havaittavan luonteen että sen, miksi aikaisemmat menetelmät eivät onnistuneet paikantamaan sitä. Viimeaikaiset riippumattomat tutkimukset ovat vahvistaneet glukoosin välittämän kokoamisen, osoittaen saman hetkellisen kiinnittymisen ja irtoamisen useissa kokeissa. Yhdessä nämä havainnot antavat meille pääpiirteittäin nikotiinin tuotannon keskeiset vaiheet ja aineet tupakassa.
Löydöksillä on käytännön ja laajoja vaikutuksia. Tupakka ei ole vain savukkeiden lähde; tietyt sen sukulaiset, erityisesti Nicotiana benthamiana, ovat nousseet eläinlääketieteellisiin ja biolääketieteellisiin työhevosrooleihin niin sanotussa molekyyliviljelyssä, jossa kasveja muokataan tuottamaan terapeuttisia proteiineja ja rokotteita. Nikotiini on kuitenkin näissä järjestelmissä kontaminaatio: se on biologisesti aktiivinen ja on poistettava jatkokäsittelyssä.
Kun geenikytkimet ja entsyymit on nyt kartoitetttu, tutkijat voivat pohtia kahta erilaista muokkauspolkua. Toinen on tukahduttaa tai ohjata nikotiinireitti uudelleen siten, että farmaseuttisiin tarkoituksiin käytettävät kasvit tuottavat vähän tai ei lainkaan nikotiinia. Aiemmat yritykset vähentää nikotiinia hidastivat toisinaan kasvien kasvua, mutta tarkat kohteet kuten NaGR ja NicGS mahdollistavat hienovaraisemmat muutokset, jotka välttävät sivuvaikutuksia kasvissa. Toinen polku on luovempi: siirtää tai sovittaa tupakan nikotiinia muodostava koneisto rakentamaan muita arvokkaita yhdisteitä, muuttamalla entisestä haitasta biosynteettiseksi työkaluksi lääkkeiden tuotannossa.
Benjamin Lichman Yorkin yliopistosta, yksi tutkimuksen johtajista, kuvaa löytöä käännekohtana kasvien biokemialle. Kyse on ihmisen mittakaavan läpimurrosta: elegantti, selitettävissä oleva ja välittömästi hyödyllinen. Tiimi julkaisi työnsä Nature Communications -lehdessä, ja heidän menetelmänsä, jotka yhdistävät genomiikan, entsyymien eristämisen ja funktionaaliset testit kasveissa, luovat mallin muiden piilevien metabolisesti reittien paljastamiseen.
Yksityiskohtia on vielä täydennettävänä. Miten reittiä säädellään eri ympäristöissä ja kehitysvaiheissa, on edelleen avoin kysymys. Ennen kuin vähänikotiininen molekyyliviljely yleistyy rutiiniksi, on tutkijoiden osoitettava, etteivät muutokset heikennä kasvin terveyttä tai tuotesatoja. Mutta suuret linjat ovat selvät: biokemiallinen resepti on nyt julkinen.
Työkalut ovat nyt olemassa päättääksemme, mitä tupakka tuottaa seuraavaksi: ohjaammeko sen pois addiktoivasta molekyylistä vai hyödynnämmekö sen kemiaa pelastavien lääkkeiden valmistukseen. Seuraavat kokeet kertovat, minkä polun kasviteollisuus valitsee.
"Olen tähtitieteen harrastaja ja kirjoitan avaruuden kiehtovista ilmiöistä. Genomissa jaan havaintoja ja uutisia kosmoksesta."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.