Νέα ανακάλυψη επιστημόνων αποκαλύπτει πώς το wolfsbane και το larkspur παράγουν πολύτιμες χημικές ενώσεις, ανοίγοντας τον δρόμο για πιο βιώσιμη ανάπτυξη θεραπειών κατά του πόνου, του καρκίνου και άλλων ασθενειών.
Ογκολόγος αποκαλύπτει ποια σάλτσα αποφεύγει πάντα – Πώς συνδέεται με τον κίνδυνο καρκίνου
Δηλητηριώδη φυτά με απρόσμενη φαρμακευτική αξία
Δύο φυτά που είναι γνωστά για την εξαιρετικά ισχυρή τοξικότητά τους ίσως αποτελέσουν τη βάση για την ανάπτυξη μιας νέας γενιάς φαρμάκων. Ερευνητές κατάφεραν να αποκωδικοποιήσουν τα πρώτα στάδια της πολύπλοκης χημικής διαδικασίας με την οποία το wolfsbane και το larkspur δημιουργούν ενώσεις με σημαντικό θεραπευτικό ενδιαφέρον, αναπαράγοντας μάλιστα τη διαδικασία σε φυτά καπνού.
Το wolfsbane και το larkspur συγκαταλέγονται στα πιο επικίνδυνα φυτά, καθώς ακόμη και ελάχιστες ποσότητες μπορούν να προκαλέσουν σοβαρές νευρικές βλάβες και παράλυση. Παρά την τοξικότητά τους, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι περιέχουν χημικές ενώσεις που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν στην αντιμετώπιση του πόνου, της ελονοσίας, ορισμένων μορφών καρκίνου αλλά και στην προστασία των καλλιεργειών από επιβλαβείς οργανισμούς.
Ερευνητές από το Michigan State University και την Czech Academy of Sciences κατάφεραν να αναπαράγουν μέρος αυτής της πολύπλοκης φυσικής χημείας σε εργαστηριακές συνθήκες, δημιουργώντας μια νέα προοπτική για την παραγωγή φυσικών ουσιών με πιο βιώσιμο τρόπο. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Molecular Plant.
«Αυτά τα φυτά χρησιμοποιούνται σε διάφορες μορφές ιατρικής σε όλο τον κόσμο εδώ και χιλιάδες χρόνια», δήλωσε ο Garret Miller, πρώτος συγγραφέας της μελέτης και επίκουρος καθηγητής Βιοτεχνολογίας στο University of Michigan-Flint.
«Γνωρίζουμε ότι αλληλεπιδρούν με τον οργανισμό μας με πολλούς διαφορετικούς τρόπους και η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο μπορούμε να τα δημιουργήσουμε μπορεί να προσφέρει εντελώς νέες δυνατότητες δοκιμών».
Το ενδιαφέρον για τα αλκαλοειδή των φυτών του γένους Aconitum δεν είναι καινούργιο. Σύγχρονες επιστημονικές ανασκοπήσεις επισημαίνουν ότι οι συγκεκριμένες ενώσεις παρουσιάζουν αξιοσημείωτες βιολογικές δράσεις, μεταξύ των οποίων αντιφλεγμονώδεις, αναλγητικές, αντικαρκινικές, αντιικές και εντομοκτόνες ιδιότητες. Ωστόσο, οι ερευνητές υπογραμμίζουν ότι η υψηλή τοξικότητά τους εξακολουθεί να αποτελεί σημαντική πρόκληση και απαιτείται περαιτέρω έρευνα ώστε να αξιοποιηθούν με ασφάλεια στη φαρμακευτική ανάπτυξη.
Καρκίνος του στόματος: Η καθημερινή τροφή που αυξάνει τον κίνδυνο – Τι προειδοποιούν οι ειδικοί
Η φυσικές ενώσεις που δημιουργούν τα φυτά
Παρά τη μεγάλη πρόοδο της σύγχρονης επιστήμης, τα φυτά εξακολουθούν να ξεχωρίζουν για την ικανότητά τους να παράγουν εξαιρετικά πολύπλοκες φυσικές ενώσεις.
Όπως εξηγεί ο Björn Hamberger, τα φυτά εξελίσσουν επί εκατομμύρια χρόνια τους φυσικούς αμυντικούς μηχανισμούς τους, δημιουργώντας μόρια που σήμερα αξιοποιούνται σε πολλούς τομείς της καθημερινότητας.
Η Lana Mutabdžija υπενθυμίζει ότι ουσίες όπως η καφεΐνη, η καψαϊκίνη, η μενθόλη και η βανιλίνη προέρχονται από φυτά, ενώ σημαντικός αριθμός σύγχρονων φαρμάκων βασίζεται είτε άμεσα είτε έμμεσα στη χημεία τους.
Το εργαστήριο του Hamberger επικεντρώνεται στη μελέτη αυτών των εξειδικευμένων μεταβολιτών και στον τρόπο με τον οποίο μπορούν να αξιοποιηθούν για νέες εφαρμογές στην ιατρική και τη βιοτεχνολογία.
Ένα επιστημονικό μυστήριο που παρέμενε άλυτο για δεκαετίες
Τα τελευταία χρόνια οι ερευνητές στράφηκαν στο larkspur, γνωστό και ως delphinium, με στόχο να κατανοήσουν πώς παράγει τα diterpenoid alkaloids, μια κατηγορία εξαιρετικά τοξικών ενώσεων που παρουσιάζει σημαντικό φαρμακευτικό ενδιαφέρον.
Η αποκωδικοποίηση της διαδικασίας δεν ήταν εύκολη. Οι συγκεκριμένες ενώσεις διαθέτουν ιδιαίτερα περίπλοκη μοριακή δομή, γεγονός που δυσκολεύει τους επιστήμονες εδώ και δεκαετίες.
Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η aconitine, μία από τις πιο γνωστές ουσίες αυτής της οικογένειας, η οποία απομονώθηκε πριν από σχεδόν δύο αιώνες, χωρίς όμως να έχει καταστεί δυνατή μέχρι σήμερα η επιτυχής σύνθεσή της στο εργαστήριο.
Ογκολόγοι προειδοποιούν: Πετάξτε αυτά τα καλλυντικά – Πώς συνδέονται με τον καρκίνο
Η συνεργασία που έδωσε λύση
Η έρευνα απέκτησε νέα δυναμική όταν, σε επιστημονικό συνέδριο στη Βαρκελώνη, ο Björn Hamberger συναντήθηκε με την ομάδα του Tomáš Pluskal από την Czech Academy of Sciences.
Οι δύο ομάδες διαπίστωσαν ότι μελετούσαν την ίδια οικογένεια χημικών ενώσεων, αυτή τη φορά στο wolfsbane, γνωστό και ως monkshood.
«Όταν συμβαίνει αυτό, μπορούμε είτε να ακολουθήσουμε ο καθένας τον δρόμο του είτε να συνεργαστούμε. Και η συνεργασία είναι πάντα αυτή που οδηγεί στην καλύτερη επιστήμη», δήλωσε ο Hamberger.
Πώς οι επιστήμονες αποκωδικοποίησαν τη διαδικασία
Η διεθνής ομάδα εξέτασε διαφορετικά είδη των δύο φυτών και ανέλυσε χιλιάδες γονίδια, αναζητώντας εκείνα που ενεργοποιούνται στους σωστούς ιστούς και τη σωστή χρονική στιγμή.
Όπως εξηγεί ο Garret Miller, η διαδικασία θυμίζει μια βιομηχανική γραμμή παραγωγής.
«Μπορείτε να φανταστείτε μια βιοσυνθετική διαδρομή σαν μια γραμμή παραγωγής. Αν απαιτούνται δέκα συνεχόμενα βήματα για να δημιουργηθεί το τελικό προϊόν και ξαφνικά ένα σταματήσει να λειτουργεί, τότε τα επόμενα βήματα δεν μπορούν πλέον να πραγματοποιηθούν».
Η αποκάλυψη αυτών των βιοχημικών διαδρομών θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική, καθώς τα φυτά παράγουν αυτές τις ουσίες σε πολύ μικρές ποσότητες και με αργούς ρυθμούς.
Τα σημαντικότερα ευρήματα της έρευνας
Οι επιστήμονες κατάφεραν να:
- εντοπίσουν τα γονίδια που ενεργοποιούν την παραγωγή των πολύπλοκων ενώσεων,
- αναγνωρίσουν έξι ένζυμα που συνεργάζονται για τη δημιουργία του atisinium,
- μεταφέρουν τις γενετικές οδηγίες σε φυτά καπνού,
- επιβεβαιώσουν ότι τα φυτά καπνού μπορούν να λειτουργήσουν ως «ζωντανά εργοστάσια» παραγωγής της συγκεκριμένης χημικής ένωσης,
- ανοίξουν τον δρόμο για τη μελέτη και άλλων diterpenoid alkaloids με πιθανές θεραπευτικές εφαρμογές.
Φυτά καπνού ως φυσικά «βιοεργοστάσια»
Αφού εντόπισαν τα κατάλληλα γονίδια, οι ερευνητές τα μετέφεραν σε φυτά καπνού, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν ως ένας εύχρηστος βιολογικός οργανισμός για τη δοκιμή της διαδικασίας.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα τροποποιημένα φυτά καπνού κατάφεραν να αναπαράγουν τη βιοχημική διαδρομή που αναζητούσαν οι επιστήμονες.
Έξι διαφορετικά ένζυμα συνεργάστηκαν για να δημιουργήσουν το atisinium, ενώ παράλληλα διαμόρφωσαν τη σύνθετη τελική δομή του μορίου και ενσωμάτωσαν μια απαραίτητη πηγή αζώτου, κάτι που δεν αναμενόταν από την ερευνητική ομάδα.
Το Νο1 σύμπτωμα που μπορεί να σχετίζεται με τον καρκίνο του παχέος εντέρου και πολλοί παρερμηνεύουν
Το επόμενο βήμα για νέα φάρμακα
Η αποκάλυψη των πρώτων σταδίων παραγωγής του atisinium αποτελεί ένα σημαντικό σημείο εκκίνησης για την κατανόηση ολόκληρης της οικογένειας των diterpenoid alkaloids και των πιθανών θεραπευτικών εφαρμογών τους.
Στόχος των ερευνητών είναι να δημιουργηθούν βιώσιμα εργαλεία που θα επιτρέψουν την αξιοποίηση της φυσικής χημείας αυτών των φυτών για την ανάπτυξη νέων φαρμακευτικών ουσιών.
«Το όραμά μας είναι να προσφέρουμε πράσινα, βιώσιμα εργαλεία που θα μας επιτρέψουν να αξιοποιήσουμε τη φυσική δύναμη αυτών των φυτών», δήλωσε ο Hamberger.