חוקרים בקבוצות של פרופ' טוביאס גולדר מ-TU Dresden ופרופ' Tanja Gulder מאוניברסיטת לייפציג הצליחו להבין את המנגנונים הביוסינתטיים לייצור המוצר הטבעי cyanobacterin, שבטבע מיוצר בכמויות קטנות על ידי הציאנובקטריה Scytonema hofmanni. בתהליך, הם גם גילו סוג חדש של אנזימים לבניית קשרי פחמן-פחמן. ה(ביו)כימאים מרחיבים באופן משמעותי את הרפרטואר הביו-קטליטי המוכר כיום מהטבע ופותחים יישומים ביוטכנולוגיים חדשים ובר-קיימא ברפואה ובחקלאות. תוצאות שיתוף הפעולה פורסמו כעת בכתב העת ביולוגיה כימית של הטבע.
העובדה שהטבע הוא כימאי מצוין מודגמת בשפע של מולקולות, מה שנקרא מוצרים טבעיים, שהיא מייצרת באופן ביו-סינתטי. למוצרים טבעיים אלו יש חשיבות מרכזית גם עבורנו בני האדם. הם משמשים בדרכים רבות בחיי היומיום שלנו, במיוחד כגורמים פעילים ברפואה ובחקלאות. דוגמאות בולטות הן אנטיביוטיקה כמו פניצילינים מבודדים מעובשים, התרופה נגד סרטן טקסול מעץ הטקסוס האוקיינוס השקט, ופירתרינים המצויים בחרציות, המשמשים למלחמה בהדבקות מזיקים. הידע וההבנה של ההרכבה הביוסינתטית של תרכובות כאלה על ידי הטבע חיוניים לפיתוח וייצור של תרופות המבוססות על תרכובות כאלה. בהקשר זה, חוקרים מקבוצותיהם של פרופ' טוביאס גולדר (TU דרזדן) ופרופ' טניה גולדר (אוניברסיטת לייפציג) חקרו ביחד את הביוסינתזה של ציאנובקטרין, שהוא רעיל מאוד לאורגניזמים פוטוסינתטיים ומיוצר בכמויות קטנות בטבע על ידי ציאנובקטריה Scytonema hofmanni. בעבודתם, הכימאים (ביו) הצליחו לא רק להבהיר לראשונה את הביוסינתזה של המוצר הטבעי, אלא גם גילו טרנספורמציה אנזימטית חדשה ליצירת קשרי פחמן-פחמן.
עבודה זו התאפשרה על ידי שילוב כלים מודרניים מביואינפורמטיקה, ביולוגיה סינתטית, אנזימולוגיה ואנליטיקה (ביו)כימית. הדגש היה על האופן שבו מיוצר החלק המרכזי של שלד הפחמן הציאנובקטרין. הגנים המשוערים לכך שובטו תחילה בשיטה של "שיבוט נתיב ישיר" (DiPaC) ולאחר מכן הופעלו באורגניזם המודל אי – קולי כמפעל תאים. DiPaC היא שיטת ביולוגיה סינתטית חדשה שפותחה בעבר במעבדתו של טוביאס גולדר, פרופסור לביוכימיה טכנית ב-TU דרזדן. "DiPaC מאפשר לנו להעביר מסלולים ביו-סינתטיים שלמים של מוצרים טבעיים למערכות מארח רקומביננטיות במהירות וביעילות רבה", מסביר טוביאס גולדר. בשלב הבא, צוות המחקר ניתח את השלבים האינדיבידואליים החיוניים של ביוסינתזה של ציאנובקטרין על ידי ייצור נוסף של כל האנזימים המרכזיים באורגניזם המארח אי – קולי, לבודד אותם ואז לחקור את התפקוד של כל אנזים. בתהליך, הם נתקלו בקבוצה לא ידועה בעבר של אנזימים בשם סינתזות פורנוליד. אלה מסוגלים לזרז היווצרות של קשרי פחמן-פחמן בעקבות מנגנון יוצא דופן. במחקרים נוספים על אלה סינתזות פורנולידאנזימים אלה הוכחו כיעילים בַּמַבחֵנָה ביו-זרזים, מה שהופך אותם לאטרקטיביים ביותר עבור יישומים ביוטכנולוגיים.
"עם ה סינתזות פורנולידהשגנו כלי אנזימטי שיאפשר לנו לפתח בעתיד שיטות ידידותיות יותר לסביבה לייצור תרכובות ביו-אקטיביות ובכך לתרום תרומה משמעותית לכימיה בת קיימא יותר", מסבירה פרופ' טנג'ה גולדר מהמכון לכימיה אורגנית ב- אוניברסיטת לייפציג. בשלב הבא, שני צוותי המחקר רוצים לחפש באופן ספציפי את הביו-זרזים החדשים הללו גם באורגניזמים אחרים, וכך למצוא חברים ביו-אקטיביים חדשים במחלקת המוצרים הטבעיים הזו, כמו גם לפתח שיטות לייצור ביוטכנולוגי וגיוון מבני של ציאנובקטרין. "העבודה שלנו סוללת את הדרך לפיתוח מקיף של סוג מרגש של מוצרים טבעיים ליישומים ברפואה ובחקלאות", מסכימים שני המדענים.
מקור הסיפור:
חומרים המסופק על ידי Technische University Dresden. הערה: ניתן לערוך את התוכן לפי הסגנון והאורך.
קישור לכתבת המקור – 2022-05-27 19:13:58
