Znanstvenici s Instituta Earlham u Norwichu uspjeli su biljke duhana pretvoriti u tvornice za spolne feromone moljaca, na solarni pogon. Učinili su to korištenjem preciznih tehnika genetskog inženjeringa te pokazali su kako se može učinkovito upravljati proizvodnjom navedenih molekula, a da se istovremeno ne ometa normalan rast biljaka.
Feromoni su složene kemikalije koje proizvodi i oslobađa organizam kao sredstvo komunikacije. Omogućuju pripadnicima iste vrste da slanje signala, koji uključuju i davanje do znanja drugima da traže ljubav. Poljoprivrednici mogu korirstiti raspršivače feromona među svojim usjevima kako bi oponašali signale ženki kukaca, hvatajući ili odvraćajući pažnju mužjaka od pronalaska partnerice. Neke od tih molekula mogu se proizvesti kemijskim procesima, ali kemijska sinteza često je skupa i stvara toksične nusprodukte.
Biljke kao tvornice feromona
Dr. Nicola Patron, voditeljica Grupe za sintetičku biologiju na Institutu Earlham i voditeljica novog istraživanja, koristila je vrhunsku znanost kako bi natjerala biljke da proizvode feromone insekata. Sintetička biologija primjenjuje inženjerske principe na građevne blokove života, odnosno DNK. Stvaranjem genetskih modula s uputama za izgradnju novih molekula, dr. Patron i njezine kolege mogu pretvoriti biljku poput duhana u tvornicu feromona kojoj za proizvodnju tih molekula treba samo sunčeva svjetlost i voda.
Sintetička biologija nam može omogućiti inženjering biljaka kako bi napravile puno više od nečega što su već proizvele, ili možemo pružiti genetske upute koje im omogućuju izgradnju novih bioloških molekula, poput lijekova ili ovih feromona, rekla je Patron.
Duhan kao vrlo pogodna biljka
U studiji koja je objalvjena u časopisu Plant Biotechnology, Patronin tim je radio sa znanstvenicima na Institutu za molekularnu i staničnu biologiju biljaka u Valenciji na inženjeringu vrste duhana, Nicotiana benthamiana, za proizvodnju spolnih feromona moljaca. Ista je biljka prethodno bila projektirana za proizvodnju antitijela protiv ebole, pa čak i čestica nalik koronavirusu za upotrebu u cjepivima protiv COVID-19.
Znanstvenici su tako napravili nove sekvence DNK u laboratoriju, kako bi oponašale gene moljaca i uvele nekoliko molekularnih prekidača za preciznu regulaciju njihove ekspresije, što učinkovito uključuje i isključuje proces njihove proizvodnje. Važna komponenta novog istraživanja bila je mogućnost finog podešavanja proizvodnje feromona, budući da prisiljavanje biljaka na kontinuiranu izgradnju tih molekula ima i svoje nedostatke.
Kako povećavamo učinkovitost, previše energije se odvraća od normalnog rasta i razvoja. Biljke proizvode puno feromona, ali ne mogu jako narasti, što u biti smanjuje kapacitet naše proizvodne linije. Naše novo istraživanje pruža mnogo suptilniji način reguliranja ekspresije gena, pojašnjava Patron.
Usavršavanje kontrole proizvodnje feromona u biljkama
Njezin tim je u laboratoriju krenuo s testiranjem i usavršavanjem kontrole gena odgovornih za proizvodnju mješavine specifičnih molekula koje oponašaju spolne feromone određenih vrsta moljaca. Pokazali su da se bakreni sulfat može koristiti za fino podešavanje aktivnosti gena, dopuštajući im da kontroliraju i vrijeme i razinu ekspresije gena. To je osobito važno, jer je bakreni sulfat jeftin i lako dostupan spoj, koji je već odobren za upotrebu u poljoprivredi.
Znanstvenici su čak mogli pažljivo kontrolirati proizvodnju različitih komponenti feromona, što im je omogućilo da prilagode koktel kako bi bolje odgovarao određenim vrstama moljaca.
Pokazali smo da možemo kontrolirati razine ekspresije svakog gena u odnosu na druge. To nam omogućuje kontrolu omjera proizvedenih proizvoda. Određivanje tog recepta je posebno važno za feromone moljaca jer su oni često mješavina dviju ili tri molekule u određenim omjerima. Naši suradnici u Španjolskoj sada vade feromone proizvedene iz biljaka i testiraju ih kako bi vidjeli koliko su dobri u usporedbi s feromonima ženki moljaca, kaže Patron.
Njezin tim se nada da će njihov rad otvoriti put prema rutinskoj upotrebi biljaka za proizvodnju širokog spektra vrijednih prirodnih proizvoda.
Glavna prednost korištenja biljaka je ta što može biti daleko skuplje izgraditi složene molekule pomoću kemijskih procesa. Biljke već proizvode niz korisnih molekula tako da možemo koristiti najnovije tehnike za prilagodbu i njihovo usavršavanje. U budućnosti bismo mogli vidjeti staklenike pune biljnih tvornica, pružajući zeleniji, jeftiniji i održiviji način za proizvodnju složenih molekula, poručila je na kraju Patron.
Izvor: EurekAlert
