بیوسنتز سیانوباکترین دسته جدیدی از ترکیبات طبیعی را باز می کند

محققان در گروه پروفسور توبیاس گولدر از دانشگاه فنی درسدن (TU Dresden) و پروفسور تانیا گولدر از دانشگاه لایپزیگ موفق به درک مکانیسم های بیوسنتزی برای تولید محصول طبیعی سیانوباکترین شده اند که در طبیعت در مقادیر کم توسط سیانوباکتری ها تولید می شود. Scytonema hofmanni. در این فرآیند، آنها همچنین دسته جدیدی از آنزیم ها را برای ساخت پیوندهای کربن-کربن کشف کردند. بنابراین شیمیدانان (زیست) به طور قابل توجهی مجموعه بیوکاتالیستی را که در حال حاضر از Nature شناخته شده است، گسترش می دهند و برنامه های بیوتکنولوژیکی جدید و پایدار را در پزشکی و کشاورزی باز می کنند. نتایج این همکاری اکنون در مجله معروف Nature Chemical Biology منتشر شده است.

این واقعیت که طبیعت یک شیمیدان عالی است با فراوانی مولکول ها، به اصطلاح محصولات طبیعی، که به صورت بیوسنتزی تولید می کند، نشان داده می شود. این محصولات طبیعی نیز برای ما انسان ها از اهمیت اساسی برخوردار هستند. آنها به طرق مختلف در زندگی روزمره ما به خصوص به عنوان عوامل فعال در پزشکی و کشاورزی استفاده می شوند. نمونه های بارز آنتی بیوتیک هایی مانند پنی سیلین های جدا شده از کپک ها، داروی ضد سرطان تاکسول هستند.از درخت سرخدار اقیانوس آرام و پیرترین های موجود در گل داودی که برای مبارزه با هجوم آفات استفاده می شود. دانش و درک مجموعه بیوسنتزی چنین ترکیباتی توسط طبیعت برای توسعه و تولید داروهای مبتنی بر چنین ترکیباتی ضروری است. در این زمینه، محققان به طور مشترک بیوسنتز سیانوباکترین را بررسی کردند که برای موجودات فتوسنتزی بسیار سمی است و به مقدار کم در طبیعت توسط سیانوباکتری Scytonema hofmanni تولید می شود. می شود. در کار خود، شیمیدانان (زیست) نه تنها توانستند برای اولین بار بیوسنتز محصول طبیعی را روشن کنند، بلکه یک تبدیل آنزیمی جدید برای تشکیل پیوندهای کربن-کربن کشف کردند.

این کار با ترکیب ابزارهای مدرن از بیوانفورماتیک، زیست شناسی مصنوعی، آنزیم شناسی و تجزیه و تحلیل شیمیایی (بیو) امکان پذیر شد. تمرکز بر نحوه تولید بخش مرکزی اسکلت کربن سیانوباکترین بود. ژن‌های احتمالی برای این مورد ابتدا با روش «کلونینگ مسیر مستقیم» (DiPaC) شبیه‌سازی شدند و سپس در ارگانیسم مدل فعال شدند. E. coli  فعال شدند.به عنوان یک کارخانه سلولی DiPaC یک روش زیست شناسی مصنوعی جدید است که قبلاً در آزمایشگاه توبیاس گولدر، پروفسور بیوشیمی فنی در دانشگاه TU Dresden توسعه یافته بود. توبیاس گولدر توضیح می‌دهد: «DiPaC به ما امکان می‌دهد کل مسیرهای بیوسنتزی محصولات طبیعی را خیلی سریع و کارآمد به سیستم‌های میزبان نوترکیب منتقل کنیم». در مرحله بعدی، تیم تحقیقاتی مراحل فردی ضروری بیوسنتز سیانوباکترین را با تولید تمام آنزیم های کلیدی موجود در ارگانیسم میزبان تجزیه و تحلیل کردند. E.coli تجزیه و تحلیل کردند.، جداسازی آنها و سپس بررسی عملکرد هر آنزیم. در این فرآیند، آنها با کلاس ناشناخته ای از آنزیم ها به نام سنتازهای فورانولید مواجه شدند. اینها می توانند تشکیل پیوندهای کربن-کربن را به دنبال یک مکانیسم غیرمعمول کاتالیز کنند. در مطالعات بیشتر روی این سنتازهای فورانولید، ثابت شد که این آنزیم ها در بیوکاتالیست های آزمایشگاهی کارآمد هستند و آنها را برای کاربردهای بیوتکنولوژیکی بسیار جذاب می کند.

“با  سنتازهای فورانولید ، ابزاری آنزیمی به دست آورده‌ایم که به ما امکان می‌دهد در آینده روش‌های سازگار با محیط زیست را برای تولید ترکیبات فعال زیستی توسعه دهیم و در نتیجه سهم قابل توجهی در شیمی پایدارتر داشته باشیم.» شیمی آلی در دانشگاه لایپزیگ در مرحله بعد، دو تیم تحقیقاتی می‌خواهند به طور خاص این بیوکاتالیست‌های جدید را در موجودات دیگر نیز جستجو کنند، و بنابراین اعضای فعال زیستی جدیدی از این کلاس محصولات طبیعی را بیابند، و همچنین روش‌هایی را برای تولید بیوتکنولوژیکی و تنوع ساختاری سیانوباکترین توسعه دهند. “کار ما راه را برای توسعه همه جانبه یک کلاس هیجان انگیز از محصولات طبیعی برای کاربرد در پزشکی و کشاورزی هموار می کند.”

– این بیانیه مطبوعاتی در ابتدا در وب سایت Technische Universität Dresden منتشر شد