تمكن الباحثون من فهم آليات التخليق الحيوي لإنتاج المادة الطبيعية السيانوباكترين (السيانوباكترين) التي تنتجها البكتيريا الزرقاء بكميات صغيرة
[ترجمة د. موشيه نحماني]
تمكن الباحثون من فهم آليات التخليق الحيوي لإنتاج المادة الطبيعية السيانوباكترين (السيانوباكترين) التي تنتجها البكتيريا الزرقاء بكميات صغيرة. وخلال الدراسة، اكتشف العلماء أيضًا عائلة جديدة من الإنزيمات التي تعزز تكوين روابط الكربون والكربون. ونتيجة لأبحاثهم، قام علماء الكيمياء الحيوية بتوسيع مجموعة الوسائل المتاحة حاليًا في الطبيعة بشكل كبير لتنفيذ التحفيز الحيوي، مع فتح الباب أمام تطوير تطبيقات التكنولوجيا الحيوية المستدامة في مجالات الطب والزراعة. وقد تم نشر نتائج البحث منذ فترة طويلة في المجلة المرموقة الطبيعة الكيميائية الحياتية.
حقيقة أن الطبيعة كيميائية ممتازة تظهر بوضوح من خلال التوزيع الواسع للجزيئات المعروفة بالمواد الطبيعية، والتي يتم إنتاجها من خلال التخليق الحيوي. ولهذه المواد أيضًا أهمية كبيرة بالنسبة لنا نحن البشر. يتم استخدامها بطرق عديدة في حياتنا اليومية، خاصة كمواد فعالة في الطب والزراعة. ومن الأمثلة البارزة المضادة للالتهابات البنسلين وهذه المادة معزولة من أحد أنواع الفطر مضادة للسرطان تاكسول التي تم عزلها عن شجرة الطقسوس الاستوائية في المحيط الهادئ والمواد بيريثرين (البيريثرينات) المعزولة من زهرة الأقحوان والتي تستخدم كمبيد حشري طبيعي. إن معرفة وفهم آليات التخليق الحيوي المسؤولة عن إنتاج مثل هذه المواد في الطبيعة أمر ضروري لتطوير وإنتاج الأدوية القائمة على هذه المركبات. وفي هذا السياق، قام فريق مشترك من الباحثين بدراسة التركيب الحيوي للبكتيريا الزرقاء، وهي مادة شديدة السمية للكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، ويتم إنتاجها بكميات صغيرة في الطبيعة بواسطة بكتيريا من عائلة البكتيريا الزرقاء (سيتونيما هوفماني). وكجزء من أبحاثهم، لم ينجح علماء الكيمياء الحيوية في فك رموز التخليق الحيوي لهذه المادة الطبيعية لأول مرة على الإطلاق فحسب، بل اكتشفوا أيضًا عملية إنزيمية جديدة لإنشاء روابط كربون-كربون.
تم إجراء هذا البحث بفضل مجموعة من الأدوات الحديثة من مجالات علمية منفصلة مثل المعلوماتية الحيوية والبيولوجيا التركيبية وعلم الإنزيمات بالإضافة إلى التحليلات الكيميائية الحيوية. وكان تركيز الباحثين على كيفية تشكل الجزء المركزي من السلسلة الهيدروكربونية للمادة. تم استنساخ الجينات التي قدر الباحثون أنها مسؤولة عن ذلك أولاً بطريقة تحليلية تُعرف باسم "استنساخ المسار المباشر" (DiPaC) ثم تم تشغيلها في بكتيريا الإشريكية القولونية التي تستخدم كمصنع خلوي. تعتبر هذه الطريقة طريقة جديدة في مجال البيولوجيا التركيبية وقد قام بتطويرها البروفيسور توبياس غولدر من جامعة دريسدن. يوضح الباحث الرئيسي: "تسمح لنا هذه الطريقة بنقل مسارات التخليق الحيوي الكاملة لإنتاج المواد الطبيعية إلى الأنظمة المضيفة (المؤتلفة) بطريقة سريعة وفعالة بشكل خاص". بعد ذلك، قام الباحثون بفحص الخطوات المنفصلة الضرورية للتخليق الحيوي من خلال زيادة إنتاج جميع الإنزيمات الرئيسية داخل النظام المضيف للإشريكية القولونية، وعزل هذه الإنزيمات وفحص وظيفة كل منها. وفي سياق بحثهم، صادفوا عائلة من الإنزيمات لم تكن معروفة سابقًا وكان اسمها غير معروف سينسيز فورانوليد. هذه الإنزيمات قادرة على تشجيع (الكاتلاز) على تكوين روابط كربون-كربون ضمن آلية فريدة. وفي مزيد من التجارب على هذه الإنزيمات، تم اكتشاف أنها فعالة في التحفيز الحيوي، وهي حقيقة تجعلها مرشحة واعدة بشكل خاص لاستخدامها في تطبيقات التكنولوجيا الحيوية. يوضح الباحث الرئيسي: "بفضل هذه الإنزيمات، حصلنا على أدوات إنزيمية ستسمح لنا بتطوير طرق أكثر صديقة للبيئة لإنتاج مركبات نشطة بيولوجيًا في المستقبل، مما يساهم بشكل كبير في تحقيق كيمياء أكثر استدامة". .
وفي الخطوة التالية، تحول الباحثون إلى البحث تحديدًا عن هذه المحفزات الحيوية الجديدة في كائنات حية أخرى أيضًا، وبالتالي وجدوا أعضاء إضافيين في هذه العائلة الجديدة من المواد النشطة بيولوجيًا، وعلى طول الطريق طوروا أيضًا طرق إنتاج تكنولوجية حيوية تعتمد على المادة الطبيعية. البكتيريا الزرقاء. وأوضح الباحثون أن "بحثنا يمهد الطريق للتطوير الشامل لعائلة رائعة من المواد الطبيعية لتطبيقات متنوعة في مجالات الطب والزراعة".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
