Sibel Öncel Bitkilerde Metabolik Evrimi Yeniden Yaratmaya Yönelik Bilimsel Bir Yaklaşım
Bitkiler türden türe değişen bileşikler oluşturmak için evrimleşmiştir. Bu bileşikler bitkilerin hayatta kalma stratejilerinde kilit rol alır. Güzel kokulu veya renkli pigmentleri olan kimyasallar polen taşıyan böcekleri çekerken; acı ve zehirli olan bileşikler bitkilerin böcekler ve hayvanlar tarafından yenmesini önler.
Bitkiler tarafından üretilen bileşikler arasından bazı maddelerin insan vücudu üzerindeki fizyolojik etkilerinden dolayı tıbbi kullanımları vardır. Araştırmacılar matrinenin de, morfin gibi, merkezi sinir sistemi yatıştırıcısı olarak; huperzin A’nın ise Alzheimer hastalığının tedavisinde tamamlayıcı olarak kullanılabileceğini belirtmiştir. Bu bileşiklere aynı zamanda belirli bitki türlerinde lizin aminoasidinden üretilen metabolitler olan ‘alkaloitler’ denir.
Lizin-Türevli Alkaloit Sistemleri
Peki lizin-türevli alkaloit sistemleri bitkilerde nasıl evrilmiştir? 2016’da Chiba Üniversitesi’ndeki araştırma ekibi lizin-türevli alkoloit üreten bitkilerin ornitin ve lizine karşı çift işlevli dekarboksilasyon aktivitesi gösteren belirli enzimlere (lizin /ornitin dekarboksilaz) sahip olduğunu keşfetti. Bu enzimler birçok organizmada ,hücre bölünmesi gibi, temel ve biyolojik aktivitelerde kullanılan poliamin üretimi için elzem olan tarihi bir enzimin (ornitin dikarboksilaz) mikro-mutasyonu ile evrilmiştir. Bu enzimler lizin aminoasidini dekarboksile edebilip aktifleştirebilir ve ardından bitki hücrelerinde alkoloit üretimine gönderebilir. Mikro mutasyonlar metabolizma üreten alkaloitler için çok önemlidir ve alkaloit üretimi için lizin kullanan bitkilerde yaygındır.
2016’daki bu buluştan beri araştırma ekibi, mutasyonun yalnızca lizin kaynaklı alkaloit üreten bitkilerde görülmesine bağlı olarak mikro mutasyonlu enzimin bitkilerin belirli bir tip alkaloitleri üretme evriminde anahtar faktör olduğunu bekliyordu.
Son olarak Chiba Üniversitesi, RIKEN ve Kazusa DNA Araştırma Enstitüsü’ndeki araştırma ekipleri 31 Temmuz 2019’da Plant Journal’da paylaşılan bir makale ile alkoloitlerin, lizin kaynaklı alkoloit üreten lizin/ornitin karboksilasyon enzim genini Lupinus angustifolius’tan alarak Arabidopsis thaliana (A. thaliana)’ya ekleyerek doğrulamıştır. Ekip ayrıca, başlangıçta alkaloit üretemeyen model bir bitki olan A. thaliana’da yeni geliştirilen metabolitleri de tanımladı.
A. Thaliana
Araştırma ekibinin model bir bitkide alkaloit üreten bitkilerin evrimini yeniden yaratması ilginç. A. thaliana metabolik akışı değiştirmek için bir enzimin geni aktarılarak alkaloit üretmek üzere değiştirilmişti. A. thaliana’da ortaya konulan genin ifade edilmesi endojen enzimler tarafından ileride metabolize edilen, lizinden ‘kadaverin (1,5-diaminopentan)’ üretimi ile sonuçlandı. Bu işlemler A. thaliana tarafından yeni alkaloit ilişkili metaboliterin; 5-aminopentanal, 5-aminopentanoik asit, ve σ-valerolaktam geliştirilmesi ile sonuçlandı.
Araştırma ekibinin yeni geliştirilen maddeleri, metabolitlerde bitkilerin binlerce metabolit içerdiği göz önünde bulunduruduğunda oldukça zor olan bir işlem olan geni tanıtmadan önceki ve sonraki değişimleri tespit ederek tanımlaması not etmeye değer bir metodolojik gelişme.
Deneyi yöneten, Chiba Üniversitesi’nin Öğretim Üyesi Profesörü Mami Yamazaki “ Metabolik akışı bitkideki genlerden birini manipüle ederek değiştirebildik ve ayrıca hücrelerde hangi tip alkaloitlerin üretildiğini tespit edebildik ki bu bir sonraki araştırma için büyük bir adım. Araştırmamız, farklı metabolik becerisi olan bitkiler üzerinde benzer genetik mühendislikler uygulayarak henüz doğada olmayan, yeni kimyasallar üretmeyi mümkün kılan bir yol sağladı. Bunun gibi kimyasal çeşitlilik artışı ilaç endüstrilerinde tohumların geliştirilmesi için ihtiyaç duyulan önemli bir tema.” diye belirtti.
Araştırma ekibi yeni geliştirilen yöntem ile bitkilerde metabolik mekanizmayı aydınlatmanın gelecek birkaç yılda sabit bir tıbbi malzeme tedariği ile sonuçlanmasını umuyor.
Kaynak: https://phys.org/news/2019-08-scientific-approach-recreate-metabolic-evolution.html
Makale: Yohei Shimizu et al, Metabolic diversification of nitrogen‐containing metabolites by expression of a heterologous lysine decarboxylase gene in Arabidopsis, The Plant Journal (2019). DOI: 10.1111/tpj.14454
Editör: Elif Berfin KORGAN
