لم يتم بعد توضيح التركيب الحيوي لمجموعة كبيرة ومتنوعة من المنتجات النباتية الطبيعية للعديد من المواد المثيرة للاهتمام طبيًا. في دراسة جديدة، تمكن فريق دولي من الباحثين من إظهار كيفية تصنيع قلويدات عرق الذهب، وهي المواد المستخدمة في الطب التقليدي. لقد قارنوا بين نوعين من النباتات مرتبطين ببعضهما البعض، وكانوا قادرين على إظهار أنه على الرغم من أن كلا النوعين النباتيين يستخدمان نهجًا كيميائيًا مشابهًا، إلا أن الإنزيمات التي يحتاجانها للتخليق تختلف ويتم استخدام مادة أولية مختلفة. وكشفت التحقيقات الإضافية أن مسارات التخليق الحيوي لهذه المركبات الكيميائية المعقدة قد تطورت بشكل مستقل في النوعين. تساعد هذه النتائج على تمكين تخليق هذه المواد والمواد المرتبطة بها على نطاق أوسع للاستخدام الطبي.
يُظهر توضيح مسار التخليق الحيوي لقلويدات عرق الذهب كيف يمكن لنوعين من النباتات مرتبطين بشكل بعيد تطوير نفس المادة بشكل مستقل.
تنتج النباتات وفرة هائلة من المنتجات الطبيعية. العديد من المنتجات الطبيعية النباتية تكون خاصة بسلالة محددة وتحدث فقط في عائلات نباتية معينة، وفي بعض الأحيان فقط في نوع واحد. ومع ذلك، فمن المثير للاهتمام أنه يمكن أحيانًا العثور على نفس المواد في الأنواع ذات الصلة البعيدة. ومع ذلك، في معظم الحالات، لا يُعرف سوى المنتج النهائي ومن غير الواضح إلى حد كبير كيفية إنتاج هذه المواد في النباتات. توجد قلويدات عرق الذهب في نوعين من النباتات ذات الصلة البعيدة المعروفة باسم النباتات الطبية: في عرق الذهب، Carapichea ipecacuanha، الذي ينتمي إلى عائلة الجنطيانا، وفي الألنجيوم ذو الأوراق المريمية (Alangium salviifolium)، الذي ينتمي إلى عائلة قرانيا والمعروف في الطب الهندي القديم.
وقد أظهرت الدراسات السابقة بالفعل أن كلا النوعين ينتجان قلويدات عرق الذهب. على وجه الخصوص، كان مستخلص عرق الذهب (شراب عرق الذهب) دواءً يستخدم على نطاق واسع في الصيدليات فقط حتى الثمانينيات (خاصة في أمريكا الشمالية)، وكان يستخدم للحث على القيء في حالات التسمم. المواد المقيدة الفعالة هي السيفالين والإيميتين، وكلاهما مشتق من سلائف البروتوميتين، ولكن لم يكن معروفًا إلى حد كبير كيفية إنتاجهما. في دراستين صغيرتين فقط تم التعرف على بعض الإنزيمات في عرق الذهب، لكن معظم الإنزيمات كانت غير معروفة ولم تكن هناك إنزيمات معروفة على الإطلاق في الألنجيوم.
بالنسبة لمايتي كوليناس، المؤلف الأول للدراسة ورئيس مجموعة المشروع في قسم التخليق الحيوي للمنتجات الطبيعية في معهد ماكس بلانك للإيكولوجيا الكيميائية، جينا، كانت الأسئلة الرئيسية هي: "عاش آخر سلف مشترك لهذه الأنواع منذ أكثر من 100 مليون سنة، لذلك افترضنا أن النوعين قد طورا بشكل مستقل طرقًا لإنتاج قلويدات عرق الذهب. وكان السؤال الرئيسي هو ما إذا كانوا قد وجدوا نفس المسارات أو مسارات مختلفة لإنتاج هذه المركبات، كيميائيًا وإنزيميًا.
في البداية، وجد الفريق أن قلويدات عرق الذهب موجودة إلى حد ما في جميع الأنسجة النباتية لكلا النوعين، ولكن توجد كميات أعلى بكثير في أنسجة الأوراق الصغيرة وفي أعضاء النباتات الموجودة تحت الأرض. ومن خلال مقارنة الأنسجة ذات المستويات العالية والمنخفضة من قلويدات عرق الذهب، تم تحديد الجينات التي يمكن أن تشارك في عملية التخليق الحيوي. سمحت الاختبارات الإضافية والتحول الوراثي للنبات النموذجي بإعادة البناء التدريجي لمسار التخليق الحيوي في كلا النوعين. كان المسار يحمل في جعبته بعض المفاجآت؛ على عكس التوقعات، لا يبدو أن الخطوة الأولى في عملية التخليق الحيوي يتم التحكم فيها بواسطة إنزيم، ولكنها تحدث تلقائيًا. وكانت المفاجأة الأخرى هي تورط إنزيم غير عادي. كان تركيبه ثلاثي الأبعاد مختلفًا تمامًا عن جميع الإنزيمات الأخرى التي تحفز نفس التفاعل، أي انقسام جزيء السكر. "لا تشارك هذه الفئة من الإنزيمات عادة في إنتاج المنتجات الطبيعية.
