Wissenschaftler vietnamesischer Herkunft entschlüsselt das Geheimnis, wie Pflanzen krebshemmende Verbindungen produzieren

Forscher der University of British Columbia (UBC) Okanagan in Kanada haben gerade die Entdeckung des pflanzlichen Mechanismus bekannt gegeben, der zur Bildung von Mitraphyllin führt, einer seltenen natürlichen 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 (USDA NIFA) des US-Landwirtschaftsministeriums.

Doktorand Tuan-Anh Nguyen (links) und Doktorandin Thu-Thuy Dang untersuchen Pflanzenproben im Labor. Foto: UBC Okanagan

Das „fehlende Glied“ in der Kette der Heilstoffe der Natur finden

Mitraphyllin gehört zur Gruppe der Spirooxindol-Alkaloide, einer Gruppe von Molekülen mit einer speziellen „verdrehten“ Struktur und starken biologischen Wirkungen. Obwohl seit langem bekannt, blieb der Prozess der Bildung dieser Art von Verbindungen in der Natur ein Rätsel, bis die Gruppe von Dr. Thu-Thuy Dang, Leiterin der Forschungsgruppe für Naturproduktbiotechnologie an der UBC Okanagan, im Jahr 2023 das erste Enzym identifizierte, das Moleküle „verdrehen“ kann, um eine Spirostruktur zu erzeugen.

Nach diesem Ergebnis leitete der 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 Verdrehungsschritt durch, um das vollständige Molekül zu erzeugen.

„Diese Entdeckung ist wie die Entdeckung eines fehlenden Glieds in einem Fließband. Sie hilft zu erklären, wie die Natur diese komplexen Moleküle erzeugt, und eröffnet die Möglichkeit, diesen Prozess im Labor nachzuahmen“, erklärte Dr. Dang.

Mitraphyllin kommt in bestimmten tropischen Pflanzen der Kaffeefamilie, wie Mitragyna (Kratom) und Uncaria (Katzenkralle), natürlich in sehr geringen Mengen vor. (Quelle: Shutterstock).

Mitraphyllin kommt in bestimmten tropischen Pflanzen der Kaffeefamilie, wie Mitragyna (Kratom) und Uncaria (Katzenkralle), nur in Spuren vor. Daher ist die Extraktion oder Synthese im großen Maßstab bisher äußerst schwierig und teuer. Die Identifizierung zweier Schlüsselenzyme hat den Weg für eine effizientere und umweltfreundlichere Produktion des Naturstoffs geebnet.

Laut Doktorand Tuan-Anh Nguyen ist dies ein wichtiger Schritt in Richtung grüner Chemie, die dazu beiträgt, wertvolle pharmazeutische Verbindungen mit biologischen Methoden anstelle von Schwerchemie herzustellen. Dieser Erfolg spiegelt auch die offene, kollaborative Forschungsumgebung zwischen Studierenden und Lehrkräften der UBC Okanagan zur Lösung globaler Probleme wider.

Dr. Dang drückte ihren Stolz über diese Entdeckung aus, 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 University of Natural Sciences (University of Natural Sciences, Vietnam National University, Ho-Chi-Minh-Stadt).

Sie studierte auf Master-Niveau und verteidigte anschließend ihren Doktortitel in Molekularbiologie/Biochemie an der University of 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 sagte, sie sei seit ihrer Kindheit mit der Verwendung von Kräutern in der Volksmedizin vertraut gewesen und habe bereits während ihres Studiums mit der Technik der Gewebekultur von Heilpflanzen begonnen. Der Wendepunkt kam jedoch erst im Graduiertenstudium, als sie zufällig ein Labor nebenan sah, das die Biosynthese natürlicher Verbindungen in Pflanzen erforschte.

Damals wurde ihr klar, dass es neben den Grundkenntnissen der Pflanzenphysiologie, die sie sich angeeignet hatte, auch ein neues Gebiet gab, in dem man untersuchte, wie Pflanzen wertvolle Verbindungen herstellen.

Von da an beschloss sie, ihre Forschung fortzusetzen, um neue Gene und Enzyme zu finden, die an der Biosynthese von Alkaloiden beteiligt sind, einer Gruppe von Verbindungen mit starker biologischer Aktivität und Potenzial für pharmazeutische Anwendungen.

Dr. Thuy beschäftigt sich seit vielen Jahren mit der Entschlüsselung der Alkaloid-Biosynthesewege in Pflanzen. Sie nutzt Molekularbiologie, RNA-Sequenzanalysen, Genomdaten und Enzymstrukturen, um zu verstehen, wie Heilpflanzen wertvolle Verbindungen produzieren. Sie ist außerdem Mitautorin mehrerer Patente zur Herstellung von krebshemmenden Wirkstoffen aus Pflanzen.

„Ich habe mich immer gefragt, warum Pflanzen allein mit Wasser, Licht und Luft Verbindungen herstellen können, mit denen sich komplexe Krankheiten wie Krebs behandeln lassen“, erzählte sie. Wenn jedes Molekül ein Haus ist, dann sind die Enzyme in Pflanzen die geschickten Baumeister. Die Aufgabe der Forscher besteht darin, zu verstehen, was jeder dieser „Baumeister“ in welcher Reihenfolge tut, um den von der Natur geschaffenen Prozess zu simulieren oder zu verbessern.

Dieses Wissen ist für sie und ihre Kollegen die Grundlage, um den Prozess der Herstellung natürlicher Wirkstoffe im Labor nachzubilden. Dies trägt dazu bei, die Ausbeutung wertvoller Heilpflanzen zu reduzieren, den Einsatz giftiger Chemikalien einzuschränken und gleichzeitig den Weg für die Herstellung 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 viele beeindruckende Ergebnisse erzielt, darunter neue Erkenntnisse zum Stoffwechselweg von Antikrebsmitteln aus Camptotheca acuminata. Diese Entdeckung trägt zur Entwicklung verträglicher, klinisch leichter anwendbarer Arzneimittel bei, wurde in internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht und zum Patent angemeldet.

Durch die Möglichkeit zum akademischen Wissensaustausch mit einheimischen Forschern, beispielsweise an der Hanoi University of Pharmacy, der University of Natural Sciences, VNU-HCM oder dem Tay Nguyen Institute of Science, wurde ihr klar, dass es in Vietnam viele wertvolle Forschungsprojekte zu 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