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Pesquisas inovadoras descobriram o segredo de como as plantas produzem limonóides, uma família de substâncias químicas orgânicas valiosas que incluem inseticidas amigos das abelhas e têm potencial como drogas anticancerígenas.
A equipe de pesquisa, uma colaboração entre o John Innes Center e a Universidade de Stanford, usou métodos inovadores para revelar o caminho biossintético dessas moléculas úteis, produzidas por certas famílias de plantas, incluindo mogno e frutas cítricas.
No estudo que aparece em Ciênciaa equipe de pesquisa do John Innes Center usou ferramentas genômicas para mapear o genoma do Chinaberry (Melia azedarach), uma espécie de mogno, e combinou isso com a análise molecular para revelar as enzimas na via biossintética.
“Ao encontrar as enzimas necessárias para produzir limonóides, abrimos a porta para uma fonte alternativa de produção desses produtos químicos valiosos”, explicou a Dra. Hannah Hodgson, co-autora do artigo e cientista de pós-doutorado no John Innes Center.
Até agora, os limonóides, um tipo de triterpeno, só podiam ser produzidos por extração de material vegetal.
O Dr. Hodgson explica: “Suas estruturas são muito complicadas para serem produzidas eficientemente por síntese química. Com o conhecimento da via biossintética, agora é possível usar um organismo hospedeiro para produzir esses compostos”. ela adicionou.
Armados com a via biossintética completa, os pesquisadores agora podem produzir os produtos químicos em plantas hospedeiras comumente usadas, como Nicotiana benthamiana. Este método pode produzir maiores quantidades de limonóides de forma mais sustentável.
Aumentar a oferta de limonóides poderia permitir o uso mais difundido de azadiractina, o limonóide anti-inseto obtido da árvore neem e usado na proteção de cultivos comerciais e tradicionais. A azadiractina é uma opção eficaz, de rápida degradação e amiga das abelhas para proteção de cultivos, mas não é amplamente utilizada devido ao suprimento limitado.
A equipe fez dois limonóides relativamente simples, azadirone de Chinaberry e kihadalactone A de frutas cítricas, e acredita que os métodos usados aqui agora podem ser aplicados como um modelo para fazer triterpenos mais complicados.
A professora Anne Osbourn, líder do grupo no John Innes Center e co-autora correspondente do estudo, disse: “As plantas produzem uma ampla variedade de metabólitos especializados que podem ser úteis para os seres humanos. Estamos apenas começando a entender como as plantas produzem produtos químicos complexos como limonoids. Antes deste projeto, sua biossíntese e as enzimas envolvidas eram completamente desconhecidas, agora a porta está aberta para futuras pesquisas para construir este conhecimento, que pode beneficiar as pessoas de várias maneiras.”
Outro exemplo de um limonóide de alto valor que a equipe espera produzir é o candidato a medicamento anticancerígeno nimbolide. Este trabalho pode facilitar o acesso a limonóides como o nimbolide para permitir um estudo mais aprofundado. Além de produzir produtos conhecidos como nimbolide, a equipe de pesquisa diz que a porta pode se abrir para a compreensão de novas atividades para limonóides que ainda não foram investigadas.
A equipe do John Innes Center foi financiada pela Syngenta e BBSRC por meio de um prêmio de parceria industrial.
Método de pesquisa com mais detalhes
A equipe de John Innes usou ferramentas genômicas para montar um genoma em nível de cromossomo para Chinaberry (Melia azedarach), dentro do qual eles encontraram os genes que codificam 10 enzimas adicionais necessárias para produzir o precursor da azadiractina, azadirona. Paralelamente, a equipe de Stanford conseguiu encontrar as 12 enzimas adicionais necessárias para produzir a quidalactona A.
A expressão dessas enzimas em N. benthamiana permitiram a sua caracterização, com o auxílio da cromatografia líquida-espectrometria de massas (LC-MS) e da espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN), tecnologias que permitem a análise de amostras a nível molecular.
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