Високи нива на противомаларийно съединение, получени чрез генетично инженерство

Артемизининът е силно противомаларийно съединение, естествено синтезирано в китайския храст Artemisia annua, известен като сладък пелин. В момента обаче, ниското количество на артемизинин, произведено в листата на това растение, не отговаря на световното търсене. В проучване, публикувано в списанието Molecular Plant, изследователи от Китай съобщават за секвениран геном на A. annua и използването на тази информация, заедно с данни за генната експресия, за да създадат линии на растенията, които произвеждат високи нива на артемизинин. Световният ден на борбата с маларията се отбелязва на 25 април.

Според Световната здравна организация маларията е засегнала приблизително 216 милиона души в 91 държави през 2016 г. и причинила около 445 000 смъртни случая по света през тази година. Plasmodium falciparum е най-разпространеният малариен паразит в Африка и е отговорен за повечето смъртни случаи, свързани с малария в световен мащаб. Най-доброто налично лечение за малария, особено за случаите, причинени от P. falciparum, е комбинирана терапия, базирана на артемизинин. В допълнение към антималарийната активност, има съобщения за терапевтичен ефект при рак, туберкулоза и диабет. Осигуряването на големи количества на артемизинин е трудно, тъй като това лекарствено съединение обикновено съставлява само 0.1% -1.0% от сухото тегло на листата на A. annua.

Учените по света разработват стратегии за промяна в метаболитите чрез методите на генетично инженерство, насочени към подобряване на експресията на гените от биосинтетичния път на артемизинин. Тези усилия не успяват да създадат линии на А. annua, които да произвеждат достатъчно високи нива на артемизинин. Основно препятствие в стратегиите за метаболитно инженерство е липсата на референтни геноми и ограничена информация за гените, участващи в регулирането на биосинтезата на артемизинин.

За да се справи с този проблем, Танг и неговите колеги са секвенирали генома на A. annua, който съдържа 63 226 гена, кодиращи протеини. Необходими са били няколко години, за да се завърши секвенирането. Изследването дава голямо количество информация за Asteraceae, едно от най-големите семейства растения, състоящо се от повече от 23 600 вида билки, храсти и дървета, разпределени по целия свят.

Секвенираният геном на A. annua дава нов поглед върху целия метаболитен път, участващ в биосинтезата на артемизинин. Анализът на гените, кодиращи белтъци и моделите на генно експресиране разкрива сложните регулаторни мрежи, които стоят в основата на биосинтезата на артемизинин. Използвайки геномните и транскриптомните данни, изследователите откриват нови гени, участващи в регулирането на биосинтезата на артемизинин. Чрез едновременно увеличаване на активността на три гена – HMGR, FPS и DBR2 – обхващащи целия биосинтетичен път на артемизинин, изследователите генерират линии на A. annua, които произвеждат високи нива на артемизинин – 3.2% от сухото тегло на листата.

Използвайки тези открития, Танг и неговият екип са изпратили проби от семена на богатите на артемизинин линии сладък пелин в Мадагаскар, държава, в която се отглежда най-много А. annua, за полски изпитвания. Също така те продължават да търсят начини за подобряване на производството на артемизинин, като целта е да разработят линии на A. annua, чиито листа съдържат 5% артемизинин.

Shen, Q., Zhang, L., and Liao, Z., et al.: 2018 „The genome of Artemisia annua provides in 1 sight into the evolution of Asteraceae family and artemisinin biosynthesis“ Molecular Plant DOI: 10.1016/j.molp.2018.03.015

Източник: Phys.org

Share on FacebookShare on Google+Tweet about this on TwitterShare on LinkedInPrint this page