Glifosatas, kurio metinė produkcija viršija 700 000 tonų, yra plačiausiai naudojamas ir didžiausias herbicidas pasaulyje. Didelis dėmesys skiriamas atsparumui piktžolėms ir galimai grėsmei ekologinei aplinkai bei žmonių sveikatai, kurią sukelia piktnaudžiavimas glifosatu.
Gegužės 29 d. profesoriaus Guo Ruitingo komanda iš Valstybinės biokatalizės ir fermentų inžinerijos laboratorijos, kurią kartu įkūrė Hubei universiteto Gyvybės mokslų mokykla ir provincijos bei ministerijų departamentai, žurnale „Pavojingos medžiagos“ paskelbė naujausią mokslinį straipsnį, kuriame analizuojama pirmoji tvarto žolės analizė. (Piktybinė ryžių piktžolė) išskiriamos aldo-keto reduktazės AKR4C16 ir AKR4C17 katalizuoja glifosato skaidymo reakcijos mechanizmą ir, modifikuodamos AKR4C17, žymiai pagerina glifosato skaidymo efektyvumą.
Augantis atsparumas glifosatui.
Nuo pat jo atsiradimo aštuntajame dešimtmetyje glifosatas buvo populiarus visame pasaulyje ir pamažu tapo pigiausiu, plačiausiai naudojamu ir produktyviausiu plataus spektro herbicidu. Jis sukelia medžiagų apykaitos sutrikimus augaluose, įskaitant piktžoles, specifiškai slopindamas 5-enolpiruvilšikimato-3-fosfato sintazę (EPSPS) – pagrindinį fermentą, dalyvaujantį augalų augime ir metabolizme, bei sukelia augalų žūtį.
Todėl glifosatui atsparių transgeninių augalų veisimas ir glifosato naudojimas lauke yra svarbus būdas kontroliuoti piktžoles šiuolaikinėje žemės ūkyje.
Tačiau dėl plačiai paplitusio glifosato naudojimo ir piktnaudžiavimo juo, dešimtys piktžolių palaipsniui evoliucionavo ir įgijo didelį atsparumą glifosatui.
Be to, genetiškai modifikuoti pasėliai, atsparūs glifosatui, negali suskaidyti glifosato, todėl glifosatas kaupiasi ir pernešamas pasėliuose, o tai gali lengvai išplisti maisto grandine ir kelti pavojų žmonių sveikatai.
Todėl būtina skubiai atrasti genus, kurie galėtų skaidyti glifosatą, kad būtų galima auginti labai atsparius glifosatui transgeninius augalus su mažu glifosato likučių kiekiu.
Augalinės kilmės glifosatą skaidančių fermentų kristalinės struktūros ir katalizinės reakcijos mechanizmo išaiškinimas
2019 m. Kinijos ir Australijos tyrėjų komandos pirmą kartą iš glifosatui atsparios tvartų žolės identifikavo dvi glifosatą skaidančias aldo-keto reduktazes – AKR4C16 ir AKR4C17. Jos gali naudoti NADP+ kaip kofaktorių glifosatui skaidyti į netoksišką aminometilfosfono rūgštį ir glioksilo rūgštį.
AKR4C16 ir AKR4C17 yra pirmieji aprašyti glifosatą skaidantys fermentai, susidarę natūralios augalų evoliucijos metu. Siekdama toliau tirti jų glifosato skaidymo molekulinį mechanizmą, Guo Ruitingo komanda, naudodama rentgeno kristalografiją, išanalizavo šių dviejų fermentų ir kofaktoriaus ryšį. Sudėtinga skiriamoji struktūra atskleidė glifosato, NADP+ ir AKR4C17, trišakio komplekso jungimosi būdą ir pasiūlė AKR4C16 ir AKR4C17 tarpininkaujamo glifosato skaidymo katalizinės reakcijos mechanizmą.
AKR4C17/NADP+/glifosato komplekso struktūra ir glifosato skaidymo reakcijos mechanizmas.
Molekulinė modifikacija pagerina glifosato skaidymo efektyvumą.
Gavusi tikslų trimatį AKR4C17/NADP+/glifosato struktūrinį modelį, profesoriaus Guo Ruitingo komanda, atlikusi fermentų struktūros analizę ir racionalų dizainą, toliau gavo mutantinį baltymą AKR4C17F291D, kurio glifosato skaidymo efektyvumas padidėjo 70 %.
AKR4C17 mutantų glifosatą skaidančio aktyvumo analizė.
„Mūsų darbas atskleidžia AKR4C16 ir AKR4C17 molekulinį mechanizmą, katalizuojantį glifosato skaidymą, kuris sudaro svarbų pagrindą tolesnei AKR4C16 ir AKR4C17 modifikacijai, siekiant pagerinti jų glifosato skaidymo efektyvumą.“ Straipsnio autorius, Hubei universiteto docentas Dai Longhai, teigė, kad jie sukūrė mutantinį baltymą AKR4C17F291D su pagerintu glifosato skaidymo efektyvumu, kuris yra svarbi priemonė auginant labai atsparius glifosatui transgeninius augalus su mažu glifosato likučių kiekiu ir naudojant mikrobines inžinerines bakterijas glifosatui skaidyti aplinkoje.
Pranešama, kad Guo Ruitingo komanda jau seniai atlieka tyrimus, susijusius su biologinio skaidymo fermentų, terpenoidų sintazių ir vaistų taikinių baltymų, esančių toksiškose ir kenksmingose medžiagose aplinkoje, struktūros analize ir mechanizmų aptarimu. Komandos nariai Li Hao, asocijuotasis tyrėjas Yang Yu ir lektorius Hu Yumei yra straipsnio bendraautoriai, o Guo Ruiting ir Dai Longhai yra bendraautoriai korespondentai.
Įrašo laikas: 2022 m. birželio 2 d.