Naukowcy opracowali nowatorską metodę wytwarzania składników odżywczych pochodzenia zwierzęcego, takich jak kreatyna, karnozyna i tauryna, bezpośrednio w roślinach, wykorzystując moduły syntetyczne w ramach badania potwierdzającego koncepcję.
To innowacyjne podejście nie tylko upraszcza proces produkcyjny, ale także znacznie zwiększa produkcję składników odżywczych poprzez układanie różnych modułów. Technologia ta została już przetestowana na roślinie tytoniopodobnej i wykazuje potencjał do zastosowania w roślinach jadalnych w celu zrównoważonej produkcji tych niezbędnych składników odżywczych.
Innowacyjna roślinna produkcja składników odżywczych dla zwierząt
Chociaż jedzenie warzyw jest ważne, niektóre niezbędne witaminy i składniki odżywcze, w tym niektóre, można znaleźć tylko u zwierząt aminokwasy i peptydy. Jednak w badaniu weryfikującym koncepcję opublikowanym dzisiaj (2 października) w czasopiśmie Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego Dziennik Chemii Rolnej i Spożywczej, badacze opracowali metodę wytwarzania kreatyny, karnozyny i tauryny – wszystkich składników odżywczych pochodzenia zwierzęcego i popularnych suplementów treningowych – bezpośrednio w roślinie. System umożliwia łatwe łączenie ze sobą różnych modułów syntetycznych w celu zwiększenia produkcji.
Przełom w biologii syntetycznej
Rośliny potrafią być zaskakująco otwarte, gdy proszone są o wyprodukowanie związków, do których nie są przyzwyczajone. Korzystając z wyspecjalizowanej bakterii, naukowcy przenieśli się DNA instrukcje dotyczące wszelkiego rodzaju aminokwasów, peptydów, białek lub innych cząsteczek do komórek różnych roślin. Technologia ta pomogła na przykład stworzyć sałatę zawierającą składniki peptydowe, które redukują utratę masy kostnej.
Jednakże, jeśli chodzi o bardziej złożone związki, instrukcje przeniesionego DNA mogą zmienić naturalny metabolizm gospodarza na tyle, aby ostatecznie zmniejszyć produkcję pożądanego produktu. Pengxiang Fan i współpracownicy chcieli rozwiązać ten problem, wprowadzając instrukcje w postaci syntetycznych modułów, które kodowały nie tylko zamierzony produkt, ale także cząsteczki użyte do jego zbudowania. Mieli nadzieję zwiększyć plon trzech pożądanych składników odżywczych: kreatyny, karnozyny i tauryny.
Testowanie nowych modułów genetycznych
Zespół przetestował wymienne moduły syntetyczne Nicotiana benthamianaroślina podobna do tytoniu używana jako organizm modelowy w zastosowaniach biologii syntetycznej:
- Moduł kreatynowy zawierający dwa geny syntezy kreatyny dał 2,3 mikrograma peptydu na gram materiału roślinnego.
- Peptyd karnozynowy wytworzono przy użyciu modułu dla karnozyny i drugiego modułu dla jednego z dwóch aminokwasów użytych do budowy peptydu, β-alaniny. Chociaż β-alanina występuje naturalnie w N. benthamiana, występuje w małych ilościach, więc ułożenie modułów razem zwiększa produkcję karnozyny 3,8-krotnie.
- Co zaskakujące, w przypadku tauryny podejście dwumodułowe nie powiodło się w tworzeniu grupy aminowej kwas. Zamiast tego nastąpiło większe zakłócenie metabolizmu i wyprodukowano niewielką ilość tauryny, gdy roślina próbowała przywrócić wszystko na właściwe tory.
Potencjał dla przyszłych zastosowań
Ogólnie rzecz biorąc, praca ta przedstawia skuteczne ramy wytwarzania niektórych złożonych składników odżywczych zwykle występujących u zwierząt w żywym systemie roślinnym. Naukowcy twierdzą, że w przyszłych pracach można będzie zastosować tę metodę do roślin jadalnych – w tym owoców i warzyw, a nie tylko liści – lub innych roślin, które mogłyby działać jako biofabryki produkujące te składniki odżywcze w sposób zrównoważony.
Odniesienie: „Inżynieria metabolizmu roślin do syntezy pochodnych aminokwasów pochodzenia zwierzęcego przy użyciu syntetycznego podejścia modułowego” 2 października 2024 r., Journal of Chemistry Rolnej i Żywności.
DOI: 10.1021/acs.jafc.4c05719
Autorzy dziękują za finansowanie od Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych prowincji Zhejiang i Funduszu Nauki Gwiaździstej Nocy Uniwersytetu Zhejiang w Szanghaju Instytutu Studiów Zaawansowanych.
