Los científicos del Instituto Salk y la Universidad de Purdue han descubierto el cambio en las plantas que apaga la producción de terpenoides, compuestos ricos en carbono que juegan un papel en la fisiología de las plantas y son utilizados por los humanos en todo, desde fragancias y saborizantes hasta biocombustibles y productos farmacéuticos.
Los terpenoides vegetales se encuentran en suplementos nutricionales, insecticidas naturales y medicamentos que se usan para tratar la malaria y el cáncer. El medicamento de quimioterapia Taxol, que se usa para tratar cánceres de mama, ovario, pulmón, vejiga y próstata, es un terpenoide vegetal. Pero las plantasa menudo los elabora en cantidades tan bajas que extraerlos para tales usos es costoso y, a menudo, poco práctico.
Los hallazgos se informaron en la revista Plantas naturales el 20 de agosto de 2018.
"Hace varios años, mi laboratorio descubrió una nueva enzima que se encuentra en todas las plantas llamada isopentenil fosfato quinasa IPK que regula el reflujo y el flujo de moléculas vivas basadas en carbono llamadas terpenoides. Como suele ser el caso en la ciencia, primero desentrañamosel papel de esta enzima en organismos completamente diferentes, bacterias y un grupo de vida muy antiguo llamado Archaea ", dice el profesor Joseph P. Noel, director del Centro de Biología y Proteómica Jack H. Skirball de Salk, investigador del Instituto Médico Howard Hughes yco-autor correspondiente. "Al dilucidar la estructura tridimensional y la química de esta enzima reportada en ACS Chemical Biology y eLife en 2010 y 2013, respectivamente, revelamos que un gen previamente desconocido encontrado en todas las plantas codificaba la misma enzima que originalmentedescubierto en microbios. "
Debido a que los terpenoides consumen cantidades considerables de carbono y energía en las plantas, se reconoció que su formación debe estar bajo estricto control para que se produzcan solo cuando sean importantes para la bacteria o la planta huésped.
Para el artículo, el laboratorio de Noel se asoció con el laboratorio de la coautora correspondiente Natalia Dudareva, profesora distinguida de Purdue en el Departamento de Bioquímica e investigadora del Centro de Biología Vegetal de Purdue, para desentrañar cómo las plantas encienden y apagan las vías metabólicascontrolando el reflujo y el flujo de la producción de terpenoides regulando la disponibilidad de sus materias primas químicas.
El equipo de Salk-Purdue había determinado anteriormente cómo las plantas activan la producción de terpenoides, pero comprender tanto el "encendido" y el "apagado", los interruptores yin y yang, así como los cuellos de botella para el flujo son esenciales paracomprender y finalmente ajustar el rendimiento de terpenoides.
"Este es un conocimiento básico importante que abre nuevos objetivos para la ingeniería de las vías metabólicas de los terpenoides", dice Dudareva. "Las plantas ya producen estos compuestos, pero las cantidades son pequeñas. Podría haber sido necesario cientos o miles de plantas para obtener suficiente cantidad decompuesto para usarlo en algo como un producto farmacéutico. Este nuevo conjunto de descubrimientos imprevistos conducirá a formas más rápidas y eficientes de obtener cantidades suficientes de estos productos para el beneficio de los humanos ".
Los IPK convierten los grupos químicos de bloques de construcción de terpenoides monofosfato inertes en bloques de construcción de difosfato de fácil uso. Usando un enfoque múltiple que incluye biología estructural, bioquímica, genética de plantas y biología sintética, el equipo de investigación determinó que dos enzimas Nudix eran los eslabones faltantes responsables dela eliminación de un grupo fosfato para devolver los difosfatos terpenoides activos a la reserva inerte de monofosfatos terpenoides.
"La familia de enzimas Nudix hidrolasa se conserva en todos los organismos, sin embargo, sus funciones biológicas son en gran parte indefinidas. Aquí descubrimos una función nueva e inesperada para los miembros de esta familia en las plantas", comenta la co-primera autora Suzanne Thomas, postdoctoralinvestigador en el laboratorio Noel.
"Hemos demostrado que IPK y Nudix están trabajando juntos para regular la formación de productos terpenoides posteriores", dice la coautora principal Laura Henry, una recién graduada de doctorado del laboratorio de Dudareva que ahora es química analítica para Heritage Research Group.estos productos pueden ser tóxicos para las plantas si las plantas los producen en exceso. Así es como las plantas regulan su producción ".
Otros autores incluyeron a Joshua R. Widhalm, Joseph H. Lynch, Thomas C. Davis y Sharon A. Kessler de Purdue; y Jörg Bohlmann de la Universidad de Columbia Británica.
El trabajo fue financiado por el Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del USDA, la Universidad de Purdue, el Instituto Médico Howard Hughes y la Cátedra Arthur y Julie Woodrow del Instituto Salk.
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Materiales proporcionado por Instituto Salk . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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