Ученые превращают растения в биофабрики по производству спортивных добавок
Метод производства креатина, карнозина и таурина — питательных веществ животного происхождения и популярных добавок для спортсменов — прямо внутри растения разработала команда китайских ученых двух университетов в Ханчжоу, 3 октября сообщает отдел новостей Американского химического общества (ACS).
Диетологи постоянно подчеркивают важность употребления в пищу овощей, но некоторые необходимые витамины и питательные вещества присутствуют только в животной пище, включая определенные аминокислоты и пептиды.
Однако ученые с кафедры садоводства Чжэцзянского университета и лаборатории масс-спектрометрии и метаболомики Центра биомедицинских исследований университета Вестлейк в своем исследовании подтвердили разработанную ими концепцию производства растениями питательных веществ животного происхождения.
Различные добавки для тренировок, в том числе капсулы с аминокислотами животного происхождения, порции сывороточного протеина и креатина, а также протеиновые батончики когда-нибудь будут производиться на заводах, помогая обогащать растительные рационы, считают китайские ученые.
Растения могут быть на удивление восприимчивы, когда их «учат» производить соединения, которые они ранее не производили. Используя специализированную бактерию, ученые перенесли инструкции ДНК для всех видов аминокислот, пептидов, белков и других молекул в клетки различных растений.
Эта технология помогла им создать салат с пептидными компонентами, которые, в том числе снижали потерю костной массы. Но когда нужно воспроизвести более сложные соединения, переданные инструкции ДНК могут изменить естественный метаболизм организма хозяина так, что в конечном итоге уменьшится выход желаемого продукта.
Пэнсян Фань и его коллеги задумали решить эту проблему, внедрив инструкции в виде синтетических модулей, которые кодировали не только предполагаемый продукт, но и молекулы, используемые для его создания. Они надеялись тем самым увеличить выход трех желаемых питательных веществ: креатина, карнозина и таурина.
Команда испытала различные синтетические модули на Nicotiana benthamiana — растении, похожем на табак, которое в синтетической биологии является модельным.
Креатиновый модуль, содержащий два гена синтеза креатина, дал 2,3 микрограмма пептида на грамм растительного материала. Пептид карнозина был получен с использованием модуля для карнозина и еще другого модуля для одной из двух аминокислот, используемых для построения пептида β-аланина. Хотя β-аланин естественным образом содержится в N. benthamiana, его там мало, поэтому объединение модулей увеличило производство карнозина в 3,8 раза.
К сожалению, для таурина двухмодульный подход оказался неудачным. В результате произошло большое нарушение метаболизма, и таурина было произведено мало, поскольку растение пыталось восстановить нормальное функционирование.
В целом же эта работа демонстрирует эффективный метод производства в растениях некоторых сложных питательных веществ, которые обычно встречаются только у животных. Исследователи считают, что в будущем этот метод может быть применен к съедобным растениям, включая фрукты или овощи, а не только к листьям или к другим растениям, которые могли бы выступать в качестве биофабрики для устойчивого производства этих питательных веществ.
Результаты исследования предложенного метода ученые представили в статье «Инженерия метаболизма растений для синтеза производных аминокислот животного происхождения с использованием синтетического модульного подхода», опубликованной в ACS' Journal of Agricultural and Food Chemistry.
