Wolf Bubo (aconite) se nestará o to, zda přežijete kontakt s ním. Jedna kapka jeho extraktu stačí k zastavení nervového systému. Podobně působí Lancorna (delphinium), její blízká botanická příbuzná, která se smrtelnou lehkostí paralyzuje predátory. Tato chemická válka má však i odvrácenou stranu.
Stejné sloučeniny, které mohou okamžitě zastavit srdce nebo mozek, jsou potenciálními léky na malárii, rakovinu a chronickou bolest.
Doposud jsme byli závislí na přírodních zdrojích. Získání dostatečného množství těchto mocných molekul z rostlin je jako kopání zlata lžičkou. Vědci však udělali obrovský krok k tomu, aby to změnili: dokázali tuto složitou chemickou reakci reprodukovat v laboratoři.
Práce publikovaná v časopise Molecular Plant spojila odborné znalosti Michiganské státní univerzity (MSU) a České akademie věd. Je to most mezi starověkými bylinnými léky a moderními genetickými technologiemi.
“Rostliny jsou nejlepší chemici na světě…Lidé našli pro tyto molekuly nespočet využití.”
— Bjorn Hamberger, profesor na MSU
Proč je rostlinná chemie tak těžké zkopírovat
Jsme zvyklí považovat rostliny za pomalé a jednoduché. To je špatně.
Během milionů let si flóra vylepšila svůj chemický arzenál, aby přežila predaci, nemoci a klimatický stres. Výsledek? Specializované metabolity s tak složitou strukturou, že navzdory dvěma stoletím chemie mnoho z nich nebylo nikdy syntetizováno v laboratořích.
Vezměme si diterpenoidní alkaloidy. Vyskytují se v lancornu (delphinium) a vlkovce (aconitum). Tyto molekuly jsou skutečnými „monstry“ na molekulární úrovni. Spojují vlastnosti dvou největších a nejstarších skupin rostlinných chemických sloučenin. Výsledná struktura je tak složitá, že akonitin, známý toxický derivát, nebyl nikdy plně syntetizován v laboratoři, ačkoli byl izolován před téměř 200 lety.
„Pokud máte deset kroků za sebou… a najednou jeden z nich selže, další kroky se stanou nemožnými,“ vysvětluje Garrett Miller, absolvent MSU a spoluautor článku.
Pokusy extrahovat tyto sloučeniny z přírody poskytují mikroskopická množství. Je to pomalé, neefektivní a škodlivé pro životní prostředí. Potřebovali jsme jiný způsob. Potřebovali jsme montážní linku.
Jak střet myšlenek vedl k průlomu
Průlom se nezrodil v jedné laboratoři. Vznikl ze střetu myšlenek na výzkumné konferenci v Barceloně.
Tým Bjorna Hambergera na MSU studoval lankorn. Skupina Tomáše Pluskala z Akademie věd ČR na téže akci zápasila se stejnou třídou sloučenin ve vlčím blátě.
Problém byl stejný. Přístupy jsou různé.
“Když k tomu dojde, můžeme jít buď svou cestou, nebo se můžeme spojit… je to spojení sil, které vždy vede k nejlepším vědeckým výsledkům,” řekl Hamberger.
Obě skupiny spojily zdroje. Jejich cíl? Dešifrujte přesnou biochemickou cestu, která přeměňuje rostlinné materiály na tyto silné alkaloidy.
Genetická montážní linka
Nehádali, že najdou „recept“. Byli na lovu.
Tým analyzoval tisíce genů z různých druhů. Hledali specifické markery: které geny jsou aktivovány ve správných tkáních ve správný čas, aby vytvořily toxin.
Na biologii rostlin pohlíželi jako na dílnu v továrně. Každý enzym byl dělníkem na montážní lince. Úkolem bylo identifikovat jednotlivé fáze – od surovin až po hotový výrobek.
Jakmile byly tyto genetické instrukce zmapovány, mohly být extrahovány z rostliny a vloženy do hostitele. Droždí? Tabák? Nezáleží na tom, kdo je přesně hostitel, hlavní věc je, že může „číst“ kód rostliny a zahájit hromadnou výrobu sloučeniny.
V ideálním případě to zcela obchází zemědělskou výrobu. Žádná pole. Žádné sklizně. Pouze bioreaktory.
Tabák se stává prvním průlomem
Vědci se neomezili pouze na teorii. Vyzkoušeli to v praxi.
Vzali slibnou sadu genů z vlčího a lancornu a zavedli je do tabákových rostlin. Proměnili plodiny v biologické továrny.
Výsledek? Úspěch.
Chemická analýza potvrdila, že tabák produkuje atisinium, diterpenoidní alkaloid. Upravené rostliny produkovaly nejen fragment molekuly, ale dokončily celou sestavu. Šest různých enzymů pracovalo ve shodě, aby nasměrovalo molekulu do její komplexní konečné formy.
Ještě překvapivější je, že proces představil důležitý zdroj dusíku, který vědci nepředpokládali.
“Naším cílem je poskytovat zelené, udržitelné nástroje.”
— Bjorn Hamberger
Co to znamená pro medicínu?
Toto je jen první krok.
Identifikace vstupních bodů do biosyntetické dráhy dává vědcům vodítka k celé rodině diterpenoidních alkaloidů. To otevírá dveře k testování těchto sloučenin na léčivé vlastnosti bez rizika vystavení surovým, nerafinovaným rostlinným toxinům.
V současné době používáme léky inspirované rostlinami, jako je kapsaicin (pepř) nebo vanilin (vanilka). Příští vlna by mohla zahrnovat cílené léky na rakovinu nebo nové léky proti bolesti odvozené od samotných rostlin, které mohou zabíjet.
Ale je tu nuance.
Cesta od „dokázali jsme to v laboratoři“ k „bezpečnému pro testování na lidech“ je dlouhá. Zatím nevíme, které z těchto toxických lešení lze změkčit natolik, aby se z nich staly užitečné léky, a které zůstanou jen vědeckou kuriozitou.
Chemický problém je řešitelný. Výroba je možná. Zbývá jen otázka: co s tím vlastně uděláme?
