«Поиск способов эффективно адаптировать синтез фенола к этим различным целям может иметь большое влияние на общество», – сказал Чан-Цзюнь Лю, возглавлявший группу, проводившую это исследование.
Как описано в статье, опубликованной в The Plant Cell 20 декабря 2013 года, команда Лю, в которую входили научные сотрудники, занимающиеся постдокторскими исследованиями Сюэбинь Чжан и Мингюэ Гоу, исследовали нетрадиционный подход для достижения этой цели.
Традиционный подход направлен на регулирование генов, которые заставляют клетки растений производить ферменты, участвующие в производстве фенола. Эти ферменты представляют собой белки, которые служат катализаторами для ускорения химических реакций синтеза фенолов. Вместо того, чтобы пытаться регулировать процесс производства этих ферментов, группа Лю изучила, как с ферментами можно манипулировать после производства, чтобы контролировать их способность производить растительные фенолы.
«Мы знаем, что включение или выключение генов может контролировать уровень ферментов, тем самым влияя на урожайность растительных продуктов, таких как фенолы», – сказал Лю. «Но растения также разработали очень сложную систему для удаления и утилизации аберрантных или ненужных белков / ферментов, и они используют эту систему для регулирования их уровней. Нашей целью было понять, как эту систему рециркуляции можно использовать для контроля производства фенола."
Оборудование для вторичной переработки
Механизм рециркуляции клеточного белка состоит из различных частей, которые работают вместе, чтобы сначала идентифицировать и биохимически пометить расщепляемые белки, а затем скармливать нежелательные молекулы в структуру, отчасти аналогичную системе утилизации мусора, которая расщепляет молекулярные компоненты таким образом, чтобы клетка можно использовать их повторно. «Мы были особенно заинтересованы в идентификации компонентов этой системы, которые определяют конкретные белки / ферменты, которые должны быть расщеплены, и которые инициируют процесс оборота целевых белков», – сказал Лю.
Основным открытием ученых стало открытие трех таких компонентов (называемых белками F-бокса), которые специфически распознают первый ключевой фермент в серии реакций синтеза фенола. Ученые показали, что эти три белка F-бокса взаимодействуют с ферментом (фенилаланин-аммиаклиаза, или PAL), что приводит к его деградации.
Они также продемонстрировали, что включение генов, кодирующих белки F-бокса, снижает клеточный уровень PAL в живых клетках растений. Снижение уровня PAL, в свою очередь, привело к снижению уровня некоторых растительных фенолов.
Одним из пораженных продуктов был лигнин, полифенол, входящий в состав стенок растительных клеток. Лигнин затрудняет расщепление биомассы и превращение ее в жидкое топливо. Растения с более низким уровнем лигнина должны быть легче преобразованы.
«Эта стратегия увеличения разложения PAL для снижения уровней лигнина в клеточной стенке может быть использована для облегчения разложения растительного вещества, тем самым повышая легкость и эффективность производства биотоплива», – сказал Лю.
По словам Лю.
Например, набор молекулярных инструментов, определенных в этом исследовании, может быть использован для увеличения синтеза определенных фенолов, которые, как было показано, проявляют антиоксидантные свойства, которые потенциально могут повысить пользу для здоровья от так называемых функциональных пищевых продуктов.