Китайские ученые раскрыли процесс биосинтеза никотина в табаке, воспользовавшись методами гликозилирования и выделив важный ген, который играет ключевую роль в этом процессе. На протяжении многих веков данный механизм оставался загадкой для научного сообщества.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Cell, специалисты из Центра передового опыта в молекулярной ботанике (CEMPS) Китайской академии наук подробно описали весь процесс биосинтеза никотина в дикорастущем табаке, известном как Nicotiana attenuata, или табак койота.

Никотин является натуральным веществом, входящим в семейство пасленовых растений, которое также включает такие культуры, как помидоры, картофель и баклажаны. Обладая мощным инсектоцидным действием, никотин с конца 1600-х годов активно используется фермерами в качестве пестицида. Помимо сельского хозяйства, никотин демонстрирует многообещающие результаты в лечении нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и депрессию.

Исследователи применили интегративный подход, который сочетает в себе различные типы биологических данных, начиная от генов и заканчивая молекулами. В результате их работы был выявлен мутантный сорт растения, свободный от никотина, что привело к обнаружению ключевого гена, необходимого для формирования основного каркаса молекулы никотина.

Согласно данным исследования, превращение веществ в никотин не происходит в одном шаге. Вместо этого растения используют временную группу из пяти различных ферментов, которые действуют согласовано, подобно конвейерной лине. Этот набор ферментов называется метаболоном и отвечает за серию комплексных химических реакций.

Кроме того, ученые заметили, что растения применяют сложную стратегию гликозилирования и дегликозилирования. Эта стратегия позволяет завершить финальную реакцию связывания, соединяющую два азотсодержащих гетероциклических кольца никотина. Проще говоря, растение прикрепляет молекулу сахара к промежуточному продукту, чтобы обеспечить его стабильность.

Затем, после ряда реакций, включая восстановление, конденсацию и окисление, растение удаляет сахар, освобождая готовую молекулу никотина. Данная стратегия предотвращает накопление токсичных побочных продуктов в растении, что позволяет избежать "дилеммы автотоксичности".

После того, как никотин произведен, он перемещается специальным транспортером в клеточное хранилище, известное как вакуоль, где хранится в безопасности до момента необходимости.

Ли Дапэн, один из исследователей CEMPS, отметил, что это открытие завершает многолетнюю головоломку, связанную с синтезом никотина.

Кроме того, он добавил, что данная работа открывает новые горизонты для использования синтетической биологии в более эффективном и контролируемом производстве никотина и других ценных природных соединений.