חוקרים הצליחו להבין את מנגנוני הביוסינתזה לייצור של החומר הטבעי ציאנובקטרין (cyanobacterin) המופק בכמויות קטנות על ידי ציאנובקטריה
[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]
חוקרים הצליחו להבין את מנגנוני הביוסינתזה לייצור של החומר הטבעי ציאנובקטרין (cyanobacterin) המופק בכמויות קטנות על ידי ציאנובקטריה. במהלך המחקר, המדענים גם גילו משפחה חדשה של אנזימים המעודדים יצירה של קשרי פחמן-פחמן. בעקבות מחקרם, הביוכימאים הרחיבו באופן משמעותי את מאגר האמצעים הקיימים כיום בטבע לביצוע ביו-קטליזה, תוך פתיחת הצוהר לפיתוח יישומים ביוטכנולוגיים ברי-קיימא בתחומי הרפואה והחקלאות. ממצאי המחקר פורסמו זה מכבר בכתב העת היוקרתי Nature Chemical Biology.
העובדה כי הטבע הוא כימאי מעולה מודגמת היטב על ידי התפוצה הרחבה של מולקולות המכונות בשם חומרים טבעיים, המיוצרים באופן ביוסינתטי. חומרים אלו הם בעלי חשיבות גדולה גם עבורנו, בני האדם. הם משמשים באופנים רבים בחיי היומיום שלנו, במיוחד בתור חומרים פעילים ברפואה ובחקלאות. דוגמאות בולטות הן נוגד הדלקת פניצילין שבודד מתוך זן של פטריות, החומר נוגד הסרטן טקסול שבודד מתוך העץ הטרופי טקסוס פסיפי (Pacific yew tree) והחומר פירתרין (pyrethrins) שבודד מפרח החרצית ואשר משמש כקוטל חרקים טבעי. הידע וההבנה של מנגנוני הביוסינתזה האחראים לייצור של חומרים כאלו בטבע חיוניים לפיתוח ולייצור של תרופות המבוססות על תרכובות כאלו. בהקשר זה, צוות חוקרים משותף חקר את הביוסינתזה של ציאנובקטרין, שהוא חומר רעיל מאוד ליצורים מבצעי פוטוסינתזה ואשר מופק בכמויות קטנות בטבע על ידי חיידק ממשפחת הציאנו בקטריה (Scytonema hofmanni). במסגרת מחקרם, הביוכימאים לא רק שהצליחו לפענח את הביוסינתזה של החומר הטבעי הזה לראשונה אי פעם, אלא שהם גם גילו תהליך אנזימטי חדש ליצירה של קשרי פחמן-פחמן.
מחקר זה נערך הודות לשילוב של כלים מודרניים מתחומי מדע נפרדים כגון ביו-אינפורמטיקה, ביולוגיה סינתטית, אנזימולוגיה וכן אנליטיקה ביוכימית. ההתמקדות של החוקרים הייתה באופן שבו נוצר החלק המרכזי של השרשרת הפחמימנית של החומר. הגנים שהעריכו החוקרים כי הם אלו שאחראים לכך שובטו ראשית על ידי שיטה אנליטית המכונה בשם ‘שיבוט במסלול ישיר’ (“Direct Pathway Cloning”, DiPaC) ואז שופעלו בתוך החיידק אשריכיה קולי המשמש בתור מפעל תאי. שיטה זו מהווה שיטה חדשה בתחום הביולוגיה הסינתטית והיא פותחה על ידי פרופסור Tobias Gulder מאוניברסיטת דרזדן. “השיטה הזו מאפשרת לנו להעביר מסלולים ביוסינתטיים שלמים לייצור של חומרים טבעיים לתוך מערכות אירוח הצרפיות (recombinant) באופן מהיר ויעיל במיוחד”, מסביר החוקר הראשי. בשלב הבא, החוקרים בחנו את השלבים הנפרדים החיוניים לביוסינתזה על ידי ייצור נוסף של כל אנזימי המפתח בתוך המערכת המארחת של האשריכיה קולי, בידוד האנזימים הללו ובחינת התפקוד של כל אחד ואחד מהם. במהלך המחקר שלהם הם נתקלו במשפחת אנזימים שלא הייתה מוכרת עד כה ששמה furanolide synthases. אנזימים אלו מסוגלים לעודד (לקטלז) את היצירה של קשרי פחמן-פחמן במסגרת מנגנון ייחודי. בניסויים נוספים על אנזימים אלו התגלה כי הם יעילים בביוקטליזה, עובדה ההופכת אותם למועמדים מבטיחים במיוחד לשמש ביישומים ביוטכנולוגיים. “בזכות אנזימים אלו קיבלנו כלים אנזימטיים שיאפשרו לנו לפתח שיטות יותר ידידותיות לסביבה עבור ייצור של תרכובות פעילות ביולוגית בעתיד ובכך תהיה תרומה משמעותית להשגתה של כימיה ברת-קיימא יותר”, מסביר החוקר הראשי.
בשלב הבא, החוקרים פנו לחפש באופן מוגדר את הביו-זרזים החדשים הללו גם ביצורים אחרים, וכך הם מצאו חברים נוספים ממשפחת החומרים הפעילים ביולוגית החדשה הזו, ובדרך גם פיתחו שיטות ייצור ביוטכנולוגיות המבוססות על החומר הטבעי ציאנובקטרין. “המחקר שלנו סולל את הדרך לפיתוח מקיף של משפחה מרתקת של חומרים טבעיים עבור יישומים מגוונים בתחומי הרפואה והחקלאות”, מסבירים החוקרים.
עוד בנושא באתר הידען:
