Nghiên cứu hợp tác giữa Trung tâm John Innes (JIC) và Đại học Stanford đã phát hiện ra cách thức một số họ thực vật, bao gồm cả cây gỗ gụ và cam quýt, có thể tạo ra limonoids, các hóa chất hữu cơ quý giá bao gồm thuốc trừ sâu thân thiện với ong và cũng có tiềm năng làm thuốc chống ung thư.
Nhóm JIC đã sử dụng các công cụ bộ gen để tập hợp bộ gen cấp nhiễm sắc thể cho cây xoan – Chinaberry (Melia azedarach), trong đó họ tìm thấy các gen mã hóa 10 enzyme bổ sung cần thiết để tạo ra tiền chất azadirachtin, azadirone.
Đồng thời, nhóm làm việc tại Stanford đã có thể tìm thấy 12 enzyme bổ sung cần thiết để tạo ra khidalactone A.
Việc biểu hiện các enzym này trong Nicotiana benthamiana đã cho phép mô tả đặc tính của chúng, với sự trợ giúp của cả sắc ký lỏng – khối phổ (LC-MS) và quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) cho phép phân tích mẫu ở mức độ phân tử.
Tiến sĩ Hannah Hodgson, đồng tác giả đầu tiên của bài báo và là nhà khoa học sau tiến sĩ tại JIC giải thích: “Bằng cách tìm ra các enzym cần thiết để tạo ra limonoid, chúng tôi đã mở ra cánh cửa cho một nguồn sản xuất thay thế các hóa chất quý giá này.
Cho đến nay, limonoids, một loại triterpene, chỉ có thể được sản xuất bằng cách chiết xuất từ nguyên liệu thực vật. Tiến sĩ Hodgson tiếp tục: “Cấu trúc của chúng quá phức tạp để có thể tạo ra một cách hiệu quả bằng phương pháp tổng hợp hóa học. Với kiến thức về con đường sinh tổng hợp, giờ đây có thể sử dụng một sinh vật chủ (chẳng hạn như N.benthamiana) để sản xuất các hợp chất này”, cô ấy nói thêm. Việc sản xuất các hóa chất trong các cây ký chủ thường được sử dụng có thể làm tăng nguồn cung cấp limonoid theo cách bền vững hơn, từ đó có thể cho phép sử dụng rộng rãi hơn azadirachtin, limonoid chống côn trùng thu được từ cây neem và được sử dụng trong bảo vệ cây trồng thương mại và truyền thống. Azadirachtin là một lựa chọn hiệu quả, phân hủy nhanh, thân thiện với ong để bảo vệ mùa màng nhưng không được sử dụng rộng rãi do nguồn cung hạn chế.
Trưởng nhóm JIC và đồng tác giả của nghiên cứu, Giáo sư Anne Osbourn, cho biết: “Thực vật tạo ra nhiều loại chất chuyển hóa chuyên biệt có thể hữu ích cho con người. Chúng ta chỉ mới bắt đầu hiểu cách thực vật tạo ra các hóa chất phức tạp như limonoids. Trước dự án này, quá trình sinh tổng hợp của chúng và các enzym liên quan hoàn toàn chưa được biết đến, giờ đây cánh cửa mở ra cho các nghiên cứu trong tương lai dựa trên kiến thức này, điều này có thể mang lại lợi ích cho con người theo nhiều cách.” Một ví dụ khác về limonoid có giá trị cao mà nhóm hy vọng sẽ đạt được sản xuất là ứng cử viên thuốc chống ung thư nimbolide và họ tin tưởng vào tiềm năng của công việc của họ trong việc tìm hiểu các hoạt động mới của limonoids chưa được nghiên cứu.
Nhóm tại Trung tâm John Innes được Syngenta và BBSRC tài trợ thông qua giải thưởng hợp tác công nghiệp. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science.
NTK dịch thuật từ bài viết “Limonoids discovery could raise use of Bee-friendly Crop Protection”