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Os pesquisadores da Cornell aproveitaram o poder do fermento de padeiro para criar uma abordagem econômica e altamente eficiente para desvendar como as plantas sintetizam compostos medicinais e usaram o novo método para identificar enzimas-chave em uma árvore de kratom.
Aspirina, morfina e algumas quimioterapias são exemplos de medicamentos derivados de compostos naturais produzidos por plantas. A compreensão de como uma planta cria tais compostos geralmente começa com a análise dos transcriptomas das plantas para identificar até centenas de genes que poderiam potencialmente codificar as enzimas que trabalham juntas para facilitar a produção. Cada gene deve então ser caracterizado bioquimicamente usando substratos e condições de reação específicas – uma tarefa trabalhosa e cara que sufoca o processo de descoberta.
Um novo método de triagem baseado em levedura detalhado na revista Angewandte Chemie captura interações proteína-proteína entre enzimas vegetais, trabalhando em conjunto com outros métodos de triagem para identificar melhor quais genes são responsáveis pela forma como uma planta biossintetiza compostos medicinais.
“Os métodos tradicionais encontram grupos de proteínas que existem na planta ao mesmo tempo, mas nosso método complementa isso observando quais desses grupos se agrupam fisicamente e funcionam bem uns com os outros”, disse Sijin Li, professor assistente de engenharia química e biomolecular. e autor principal do estudo. “Esses são os responsáveis pelo tipo de produtos químicos que podemos querer extrair para uma indústria farmacêutica”.
Uma vez que os genes candidatos são previstos usando a transcriptômica vegetal, o fermento de padeiro – o mesmo tipo usado para fabricar cerveja e assar pão – é modificado com os genes internos para ver quais deles produzem proteínas que interagem entre si. Como resultado, o número de genes que devem ser rastreados bioquimicamente é significativamente reduzido.
“Este método foi subutilizado para descoberta de caminhos e elimina um grande gargalo para triagem de alto rendimento”, disse Li. “É mais barato e seguro do que usar substratos químicos e é altamente eficiente e preciso.”
Li e seu grupo de pesquisa demonstraram o método baseado em levedura usando folhas de kratom. A kratom é uma árvore tropical nativa do sudeste asiático e, embora pouco estudada, tem chamado a atenção da comunidade científica por seu potencial farmacêutico, segundo Li.
“Ele produz uma substância química chamada mitraginina, que algumas pessoas chamam de opioide de próxima geração porque tem um efeito analgésico sem causar depressão respiratória perigosa”, disse Li, que acrescentou que a Food and Drug Administration dos EUA alertou contra o uso de kratom. já que não aprovou nenhum medicamento que contenha a árvore. “A produção de mitraginina pura pode ajudar a reduzir os riscos associados ao uso de toda a matriz do kratom, levando a um tratamento mais seguro”.
O método baseado em levedura levou à identificação de seis enzimas kratom de 20 candidatos previstos por triagem genética para produzir mitraginina ou outros produtos químicos específicos. Testes bioquímicos subsequentes mostraram que nenhum dos 14 candidatos descartados eram enzimas funcionais, enquanto quatro dos seis identificados pelo método baseado em levedura eram funcionais. Li disse que a precisão do método abre a porta para um processo de descoberta mais eficiente e para a continuação da pesquisa sobre a árvore kratom.
“Para ensaios clínicos, o produto químico tem de ser purificado a partir da planta ou sintetizado utilizando uma abordagem química, o que é muito caro”, disse Li. “Usando o método da levedura, podemos produzir de forma mais econômica mitraginina e outros produtos químicos que podem nos levar a novos produtos farmacêuticos.”
A pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde, pela National Science Foundation, pelo Cornell Atkinson Center for Sustainability, pelo Cornell Institute for Digital Agriculture e pelo Cornell Center for Research on Programmable Plant Systems.
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