Bioaktywne związki roślinne do zastosowań medycznych i agrochemicznych
Naukowcy stale badają związki o małej masie cząsteczkowej pochodzące z syntetycznych i naturalnych źródeł w poszukiwaniu cząsteczek o nowych lub lepszych właściwościach farmaceutycznych bądź biologicznych. Choć rośliny są potencjalnie bogatym źródłem takich cząsteczek, ich metabolizm nadal nie został dostatecznie zbadany (ze względu na skrajne zróżnicowanie i złożone właściwości chemiczne), a pełny potencjał bioaktywnych związków roślinnych o małej masie cząsteczkowej jest w dalszym ciągu w dużej mierze niewykorzystany. W tym kontekście w ramach finansowanego ze środków UE projektu TriForC opracowano innowacyjną strategię wykorzystywania triterpenów roślinnych, jednej z największych grup bioaktywnych związków roślinnych o zadziwiającej różnorodności strukturalnej i szerokim spektrum aktywności biologicznej. „Stworzyliśmy warunki do odkrywania, zrównoważonej produkcji i komercyjnego wykorzystania znanych i nowych wysokojakościowych triterpenów o nowych lub lepszych właściwościach biologicznych”, mówi koordynator projektu, Søren Bak. Postępy w rozwoju bioaktywnych triterpenów Jednym z kluczowych osiągnięć zespołu była identyfikacja nowych bioaktywnych triterpenów do dalszego komercyjnego rozwoju farmaceutyków i agrochemikaliów. „Dane, które kryją się za tymi odkryciami, nie zostały jeszcze ujawnione publicznie; złożyliśmy jeden patent”, dodaje Bak. Zespół projektu TriForC ustanowił również relacje struktura-aktywność triterpenów, aby zrozumieć, dlaczego niektóre triterpenoidy wykazują daną aktywność biologiczną, i jak ta wiedza może zostać wykorzystana do opracowania nowych leków lub biopestycydów na potrzeby rolnictwa. Ponadto w ramach projektu stworzono zestaw narzędzi genetycznych do wykrywania różnorodności triterpenów w laboratorium. „Zidentyfikowaliśmy ponad 100 enzymatycznie zwalidowanych genów kodujących enzymy lub kodujących regulator do inżynierii metabolicznej triterpenów w roślinach, glonach lub drobnoustrojach”, wyjaśnia Bak. Zestaw narzędzi TriForC wykorzystano również w biologii syntetycznej i kombinatorycznych programach biochemicznych, aby umożliwić wytwarzanie specjalnie zaprojektowanych naturalnych i „niewystępujących wcześniej w naturze” triterpenów. Bliższe przyjrzenie się użyteczności triterpenoidów Zespół projektu TriForC (Triterpenes for commercialisation) skutecznie połączył osiągnięcia nauki podstawowej i stosowanej w tej dziedzinie. Poprawiło to zrozumienie ogólnego metabolizmu wtórnego roślin, w tym mechanizmów syntezy i różnorodności triterpenów. Ponadto projekt TriForC wyznaczył nowe standardy w zakresie wykorzystania bioreaktorów roślinnych i mikroalg w bioprodukcji triterpenoidów. W ramach projektu zaktualizowano również bieżącą wiedzę na temat szlaków metabolicznych w roślinach oraz sposobu, w jaki te szlaki są ustrukturyzowane, aktywowane i kontrolowane, w tym, w jaki sposób ewoluowały w miarę upływu czasu. Ekstrakty TriForC zostały zbadane przez partnerów pod kątem ich potencjału w projektowaniu leków i środków do stosowania w rolnictwie, takich jak biopestycydy. „Skupiliśmy się na badaniach przesiewowych biologicznie czynnych triterpenoidów o właściwościach owadobójczych i grzybobójczych do zastosowań agrochemicznych oraz leczniczych, w tym do leczenia raka, stanów zapalnych, otyłości, cukrzycy i zakażenia wirusem HIV-1”, podkreśla Bak. „Większość ekstraktów może zostać udostępniona innym europejskim naukowcom”, dodaje. Warto zauważyć, że triterpenoidy są często wytwarzane przez rośliny jako związki obronne w celu ochrony określonych części rośliny przed zjedzeniem lub uszkodzeniem przez owady, bakterie bądź grzyby. W tym kontekście często wykazują bardzo specyficzne i silne działanie biologiczne, które często jest już wykorzystywane w chińskich lekach ziołowych lub naturalnych olejach. „Ze względu na dużą różnorodność strukturalną nadają się do szerokiego zakresu zastosowań komercyjnych w rolnictwie, przemyśle spożywczym, kosmetycznym i farmaceutycznym, w tym do wytwarzania pestycydów, leków, adiuwantów, środków przeciwdrobnoustrojowych, środków przeciwnowotworowych, środków powierzchniowo czynnych i środków konserwujących”, mówi Bak. Aby zapewnić długotrwałą ciągłość swoich wysiłków badawczych, zespół projektu TriForC przeprowadził intensywne szkolenia dla naukowców rozpoczynających karierę poprzez warsztaty i mentoring, a także szkolił uczestniczących badaczy. Dotarł również do szerszej publiczności, szczególnie poprzez inicjatywę SAW Trust. Nie ulega wątpliwości, że wyniki i działania związane z rozpowszechnianiem tego projektu przyczynią się do powstania nowych cennych zastosowań i związków w wielu dziedzinach.
Słowa kluczowe
TriForC, metabolizm roślin, triterpeny, triterpenoidy, biopestycydy
