Forscher der University of British Columbia (UBC) Okanagan in Kanada haben soeben die Entdeckung des pflanzlichen Mechanismus bekannt gegeben, der Mitraphyllin erzeugt, eine seltene natürliche Verbindung mit starken krebshemmenden und entzündungshemmenden Eigenschaften.
Die Arbeit ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen dem Team von Dr. Thu – Thuy Dang an der UBC Okanagan und dem Team von Dr. Satya Nadakuduti an der University of Florida (USA) mit Unterstützung des Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), der Canada Foundation for Innovation (CFI), des BC Michael Smith Health Scholars Program und des National Institute of Food and Agriculture des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA NIFA).
Die Doktoranden Tuan-Anh Nguyen (links) und Thu-Thuy Dang untersuchen Pflanzenproben im Labor. Foto: UBC Okanagan
Die Suche nach dem „fehlenden Glied“ in der Kette der natürlichen Heilstoffe
Mitraphyllin gehört zur Gruppe der Spirooxindol-Alkaloide, einer Molekülgruppe mit einer besonderen, „verdrillten“ Struktur und starker biologischer Wirkung. Obwohl diese Verbindungen schon lange bekannt sind, blieb ihr natürlicher Entstehungsprozess bis 2023 ein Rätsel. Damals identifizierte die Arbeitsgruppe um Dr. Thu-Thuy Dang, Leiterin der Forschungsgruppe für Naturstoff-Biotechnologie an der UBC Okanagan, das erste Enzym, das Moleküle zu einer Spirostruktur verdrillen kann.
Im Anschluss an dieses Ergebnis leitete Doktorand Tuan Anh Nguyen die nächste Phase und entdeckte zwei Schlüsselenzyme, die bei der Synthese von Mitraphyllin zusammenarbeiten: Ein Enzym bestimmt die dreidimensionale Struktur, das andere Enzym führt den letzten Verdrillungsschritt durch, um das vollständige Molekül zu erzeugen.
„Diese Entdeckung ist wie das Finden des fehlenden Glieds in einer Fließbandfertigung. Sie hilft zu erklären, wie die Natur diese komplexen Moleküle erzeugt, und ebnet den Weg, diesen Prozess im Labor nachzubilden“, erklärte Dr. Dang.
Mitraphyllin kommt natürlicherweise in sehr geringen Mengen in bestimmten tropischen Pflanzen der Kaffeefamilie vor, wie beispielsweise Mitragyna (Kratom) und Uncaria (Katzenkralle). (Quelle: Shutterstock).
Mitraphyllin kommt in bestimmten tropischen Pflanzen der Kaffeefamilie, wie Mitragyna (Kratom) und Uncaria (Katzenkralle), nur in Spuren vor, was die Extraktion oder großtechnische Synthese bisher extrem schwierig und kostspielig machte. Die Identifizierung zweier Schlüsselenzyme hat den Weg für eine effizientere und umweltfreundlichere Produktion dieser natürlichen Verbindung geebnet.
Laut Doktorand Tuan-Anh Nguyen ist dies ein wichtiger Schritt hin zur grünen Chemie, die dazu beiträgt, wertvolle pharmazeutische Wirkstoffe mithilfe biologischer Methoden anstelle aufwendiger chemischer Verfahren herzustellen. Dieser Erfolg spiegelt auch das offene und kooperative Forschungsumfeld wider, in dem Studierende und Lehrende der UBC Okanagan gemeinsam globale Probleme lösen.
Dr. Dang zeigte sich stolz über diese Entdeckung, die beweist, dass Pflanzen die genialen Chemiker der Natur sind, und sagte, der nächste Schritt bestehe für sie und ihr Forschungsteam darin, Wege zu finden, diese Enzyme zur Herstellung wertvollerer therapeutischer Verbindungen einzusetzen.
Die Reise zur Entschlüsselung der „biologischen Fabrik“ der Natur
Dr. Thu-Thuy Dang – Dang Thi Thu Thuy ist eine ehemalige Studentin der Biotechnologie an der Universität für Naturwissenschaften (Universität für Naturwissenschaften, Vietnam National University, Ho Chi Minh City).
Sie studierte für einen Master-Abschluss und verteidigte dann ihre Doktorarbeit in Molekularbiologie/Biochemie an der Universität von Calgary (Alberta, Kanada) und absolvierte ein Postdoktoranden-Forschungsprogramm in Biochemie am John Innes Centre (UK).
Sie erinnerte sich an die Möglichkeit, eine Forschungskarriere einzuschlagen, und erzählte, dass sie seit ihrer Kindheit mit der Verwendung von Kräutern in der Volksmedizin vertraut gewesen sei und bereits als Schülerin mit der Technik der Gewebekultur von Heilpflanzen in Berührung gekommen war. Der Wendepunkt kam jedoch erst während ihres Studiums, als sie zufällig ein benachbartes Labor entdeckte, in dem die Biosynthese natürlicher Verbindungen in Pflanzen erforscht wurde.
Da wurde ihr klar, dass es neben den grundlegenden Kenntnissen der Pflanzenphysiologie, die sie sich angeeignet hatte, auch ein neues Forschungsgebiet gab, in dem man untersuchte, wie Pflanzen wertvolle Verbindungen herstellen.
Von dort aus beschloss sie, Forschungen zur Suche nach neuen Genen und Enzymen durchzuführen, die an der Biosynthese von Alkaloiden beteiligt sind, einer Gruppe von Verbindungen mit starker biologischer Aktivität und Potenzial für pharmazeutische Anwendungen.
Dr. Thuy konzentriert sich seit vielen Jahren auf die Entschlüsselung der Biosynthesewege von Alkaloiden in Pflanzen. Mithilfe molekularbiologischer Methoden, RNA-Sequenzanalysen, Genomdaten und Enzymstrukturen erforscht sie, wie Heilpflanzen wertvolle Verbindungen produzieren. Sie ist außerdem Mitautorin mehrerer Patente zur Gewinnung von Antikrebsmitteln aus Pflanzen.
„Ich habe mich immer gefragt, warum Pflanzen allein mit Wasser, Licht und Luft Verbindungen herstellen können, die komplexe Krankheiten wie Krebs behandeln“, erklärte sie. Ihrer Ansicht nach sind die Enzyme in Pflanzen, wenn man jedes Molekül mit einem Haus vergleicht, die geschickten Bauarbeiter. Die Aufgabe der Forscher besteht darin, zu verstehen, was jeder dieser „Bauarbeiter“ tut und in welcher Reihenfolge, um den von der Natur geschaffenen Prozess nachzuahmen oder zu verbessern.
Dieses Wissen ist die Grundlage dafür, dass sie und ihre Kollegen den Prozess der Herstellung natürlicher Wirkstoffe im Labor nachbilden können. Dies trägt dazu bei, die Ausbeutung wertvoller Heilpflanzen zu verringern, den Einsatz giftiger Chemikalien einzuschränken und gleichzeitig den Weg für die Entwicklung ähnlicher Verbindungen mit stärkerer Wirkung zu ebnen.
An der University of British Columbia (UBC) Okanagan gründete sie das Plant Bioactive Compounds Research Laboratory (PlantBioCoRe), das Biochemie, Chemie, Bioinformatik und Molekulargenetik kombiniert, um die Mechanismen zu verstehen, die bioaktive Verbindungen in Kräutern produzieren.
Ihr Team hat zahlreiche beeindruckende Ergebnisse erzielt, darunter neue Erkenntnisse zum Stoffwechselweg von Antikrebsmitteln aus Camptotheca acuminata. Diese Entdeckung trägt zur Entwicklung gut verträglicher, klinisch einfacher anzuwendender Arzneimittel bei, deren Ergebnisse in internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht und patentiert wurden.
Durch die Möglichkeit, sich mit einheimischen Forschern auszutauschen, beispielsweise an der Pharmazeutischen Universität Hanoi , der Universität für Naturwissenschaften, der VNU-HCM oder dem Tay Nguyen Institut für Wissenschaft, erkannte sie, dass es in Vietnam viele wertvolle Forschungsprojekte über Heilpflanzen gibt.
„Ich hoffe, einen kleinen Beitrag zur Bereicherung des Wissens und der Anwendung der Pflanzenressourcen meiner Heimat leisten zu können“, teilte sie mit.
Quelle: https://khoahocdoisong.vn/nha-khoa-hoc-goc-viet-giai-ma-bi-an-cach-cay-co-tao-hop-chat-chong-ung-thu-post2149060401.html
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