Naukowiec pochodzenia wietnamskiego rozszyfrował tajemnicę tego, jak rośliny wytwarzają związki przeciwnowotworowe

Naukowcy z University of British Columbia (UBC) Okanagan w Kanadzie ogłosili właśnie odkrycie mechanizmu roślinnego, który odpowiada za wytwarzanie mitrafiliny – rzadkiego naturalnego związku o silnych właściwościach przeciwnowotworowych i przeciwzapalnych.

Praca jest wynikiem współpracy zespołu dr Thu-Thuy Dang z UBC Okanagan i zespołu dr Satya Nadakuduti z University of Florida (USA), przy wsparciu Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), Canada Foundation for Innovation (CFI), BC Michael Smith Health Scholars Program oraz Narodowego Instytutu Żywności i Rolnictwa (USDA NIFA) Departamentu Rolnictwa USA.

Doktorantka Tuan-Anh Nguyen (po lewej) i doktorantka Thu-Thuy Dang badają próbki roślin w laboratorium. Zdjęcie: UBC Okanagan

Znalezienie „brakującego ogniwa” w łańcuchu związków leczniczych natury

Mitrafilina należy do grupy alkaloidów spirooksindolowych, grupy cząsteczek o specyficznej, „skręconej” strukturze i silnym działaniu biologicznym. Chociaż proces powstawania tego typu związków w naturze był znany od dawna, pozostawał tajemnicą aż do 2023 roku, kiedy to grupa dr Thu-Thuy Dang, kierownika Grupy Badawczej ds. Biotechnologii Produktów Naturalnych na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej w Okanagan, zidentyfikowała pierwszy enzym zdolny do „skręcania” cząsteczek w celu utworzenia struktury spiro.

Po uzyskaniu tego wyniku doktorant Tuan Anh Nguyen przeprowadził kolejną fazę i odkrył dwa kluczowe enzymy, które współpracują ze sobą w syntezie mitrafiliny. Jeden enzym decyduje o strukturze trójwymiarowej, a drugi wykonuje ostatni etap skręcania, tworząc kompletną cząsteczkę.

„To odkrycie jest jak znalezienie brakującego ogniwa w linii montażowej. Pomaga wyjaśnić, jak natura tworzy te złożone cząsteczki i otwiera drogę do naśladowania tego procesu w laboratorium” – powiedział dr Dang.

Mitrafylina występuje naturalnie w bardzo małych ilościach w niektórych roślinach tropikalnych z rodziny kawowatych, takich jak Mitragyna (kratom) i Uncaria (koci pazur). (Źródło: Shutterstock).

Mitrafilina występuje jedynie w śladowych ilościach w niektórych roślinach tropikalnych z rodziny kawowców, takich jak Mitragyna (kratom) i Uncaria (koci pazur), co sprawia, że jej ekstrakcja lub synteza na dużą skalę były dotychczas niezwykle trudne i kosztowne. Identyfikacja dwóch kluczowych enzymów utorowała drogę do wydajniejszej i przyjaznej dla środowiska produkcji tego naturalnego związku.

Według doktorantki Tuan-Anh Nguyen, jest to ważny krok w kierunku zielonej chemii, która pomaga tworzyć wartościowe związki farmaceutyczne metodami biologicznymi zamiast chemii ciężkiej. Ten sukces odzwierciedla również otwarte, oparte na współpracy środowisko badawcze studentów i wykładowców UBC Okanagan, służące rozwiązywaniu globalnych problemów.

Wyrażając dumę z tego odkrycia, będącego dowodem na to, że rośliny są genialnymi chemikami natury, dr Dang powiedziała, że kolejnym krokiem dla niej i jej zespołu badawczego będzie znalezienie sposobów na wykorzystanie tych enzymów do tworzenia cenniejszych związków terapeutycznych.

Podróż w celu rozszyfrowania „biologicznej fabryki” natury

Dr Thu-Thuy Dang – Dang Thi Thu Thuy, jest byłą studentką biotechnologii na Uniwersytecie Nauk Przyrodniczych (Uniwersytet Nauk Przyrodniczych, Wietnamski Uniwersytet Narodowy, Ho Chi Minh City).

Ukończyła studia magisterskie, a następnie obroniła doktorat z biologii molekularnej i biochemii na Uniwersytecie w Calgary (Alberta, Kanada). Ukończyła również program badawczy podoktorancki z biochemii w John Innes Centre (Wielka Brytania).

Wspominając możliwość podjęcia kariery naukowej, powiedziała, że od dzieciństwa była zaznajomiona z kulturą stosowania ziół w medycynie ludowej i już na studiach miała okazję zapoznać się z techniką hodowli tkankowej roślin leczniczych. Jednak punkt zwrotny nastąpił dopiero na studiach podyplomowych, kiedy przypadkiem zobaczyła laboratorium obok, w którym prowadzono badania nad biosyntezą naturalnych związków w roślinach.

Wtedy zdała sobie sprawę, że oprócz podstawowej wiedzy z zakresu fizjologii roślin, którą zdobyła, istnieje również nowa dziedzina, w której ludzie badają, w jaki sposób rośliny tworzą wartościowe związki.

Następnie postanowiła kontynuować badania mające na celu odnalezienie nowych genów i enzymów biorących udział w biosyntezie alkaloidów – grupy związków o silnej aktywności biologicznej i potencjale do zastosowań farmaceutycznych.

Od wielu lat dr Thuy koncentruje się na rozszyfrowywaniu szlaków biosyntezy alkaloidów w roślinach, wykorzystując biologię molekularną, analizę sekwencjonowania RNA, dane genomiczne i struktury enzymów, aby zrozumieć, w jaki sposób rośliny lecznicze wytwarzają cenne związki. Jest również współautorką kilku patentów dotyczących produkcji związków przeciwnowotworowych z roślin.

„Zawsze zastanawiałam się, dlaczego rośliny, mając tylko wodę, światło i powietrze, potrafią tworzyć związki chemiczne, które leczą złożone choroby, takie jak rak?” – powiedziała. Według niej, jeśli każda cząsteczka jest domem, to enzymy w roślinach są ich utalentowanymi budowniczymi. Zadaniem badacza jest zrozumienie, co robi każdy z tych „budowniczych” i w jakiej kolejności, aby móc symulować lub udoskonalać proces stworzony przez naturę.

Wiedza ta stanowi dla niej i jej współpracowników podstawę do odtworzenia w laboratorium procesu wytwarzania naturalnych składników aktywnych, co pomaga ograniczyć eksploatację cennych roślin leczniczych, ograniczyć stosowanie toksycznych substancji chemicznych, a jednocześnie otwiera drogę do tworzenia podobnych związków o silniejszym działaniu.

Na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej (UBC) w Okanagan założyła Laboratorium Badań nad Związkami Bioaktywnymi Roślin (PlantBioCoRe), które łączy w sobie biochemię, chemię, bioinformatykę i genetykę molekularną, aby zrozumieć mechanizmy wytwarzania związków bioaktywnych w ziołach.

Jej zespół osiągnął wiele imponujących wyników, w tym nowe wyniki dotyczące szlaku metabolicznego substancji przeciwnowotworowych z Camptotheca acuminata. To odkrycie pomaga w tworzeniu przyjaznych dla środowiska leków, łatwiejszych do zastosowania klinicznego, publikowanych w międzynarodowych czasopismach i zgłaszanych do opatentowania.

Mając możliwość wymiany wiedzy naukowej z krajowymi badaczami, takimi jak Uniwersytet Farmaceutyczny w Hanoi , Uniwersytet Nauk Przyrodniczych, VNU-HCM czy Instytut Naukowy Tây Nguyen, zdała sobie sprawę, że w Wietnamie realizowanych jest wiele wartościowych projektów badawczych dotyczących roślin leczniczych.

„Mam nadzieję, że w ten sposób choć w niewielkim stopniu przyczynię się do wzbogacenia wiedzy i wykorzystania zasobów roślinnych mojej ojczyzny” – dodała.

Komentarz (0)