Çin Bilimler Akademisi'ne bağlı Moleküler Bitki Bilimleri Mükemmeliyet Merkezi'nden (CEMPS) araştırmacılar, Cell dergisinde yayınlanan çalışmalarında, Nicotiana attenuata adı verilen yabani bir tütün türünde nikotinin üretim sürecini baştan sona haritalandırdı.
Nikotin, domates, patates ve patlıcan gibi bitkileri de içeren itüzümü (patlıcangiller) ailesine ait doğal bir madde. Güçlü böcek öldürücü özelliği sayesinde çiftçiler tarafından 1600'lü yılların sonlarından beri insektisit olarak kullanılıyor. Tarımın ötesinde, nikotinin Alzheimer, Parkinson ve depresyon gibi beyin rahatsızlıklarının tedavisinde de umut vadeden potansiyeli bulunuyor.
Beş enzimden oluşan "montaj hattı"
Araştırmacılar, bitkinin nikotin üretim mekanizmasını ortaya çıkarmak için genlerden moleküllere kadar çeşitli biyolojik verileri birleştiren gelişmiş bir bütünleyici yaklaşım kullandı. Çalışmaları, nikotinsiz bir mutant bitkinin tanımlanmasını sağladı ve bu da nikotinin temel yapısını oluşturmak için gerekli kilit bir genin belirlenmesine yardımcı oldu.
Araştırmaya göre bitkiler nikotini tek bir adımda üretmiyor. Bunun yerine, bir montaj hattı gibi birlikte çalışan beş farklı enzimin oluşturduğu küçük, geçici bir grup kullanıyor. "Metabolon" adı verilen bu grup, dikkatlice koordine edilmiş bir dizi kimyasal reaksiyon gerçekleştiriyor.
Kendini zehirlemekten koruyan strateji
Ekip ayrıca bitkilerin incelikli ancak sofistike bir "glikozilasyon/deglikozilasyon" stratejisi kullandığını keşfetti. Bitki bu stratejiye, nikotinin iki azot içeren heterosiklik halkasını birbirine bağlayan son birleşme reaksiyonunu tamamlamak için başvuruyor.
Basitçe ifade etmek gerekirse, bitki kararlı ve güvenli kalması için reaktif bir ara maddeye bir şeker molekülü bağlıyor. Daha sonra indirgeme, yoğunlaşma ve oksidasyon gibi bir dizi reaksiyonun ardından, son nikotin molekülünü serbest bırakmak için şekeri çıkarıyor. Bu yöntem, zararlı yan ürünlerin bitki içinde birikmesini önlüyor ve araştırmacıların "ototoksisite ikilemi" olarak adlandırdığı sorunu çözüyor. Başka bir deyişle bitki, kendi savunma kimyasalı tarafından zehirlenmekten korunuyor.
Güvenli depolama
Nikotin üretildikten sonra ise özel bir taşıyıcı protein onu hücre içindeki "vakuol" adı verilen bir depolama bölmesine taşıyor ve ihtiyaç duyulana kadar burada güvenle saklanıyor.
CEMPS'ten araştırmacı Li Dapeng, "Bu keşif, on yıllardır çözülemeyen nikotin biyosentezi bulmacasını tamamlıyor" dedi.
Li, sözlerine şöyle devam etti: "Temel bilimin ötesinde, bu çalışma nikotin ve diğer değerli doğal bileşiklerin daha verimli ve kontrollü bir şekilde üretilmesi için sentetik biyolojinin kullanımının önünü açıyor."