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Mar 25, 2023

A análise de células vegetais individuais fornece informações sobre a biossíntese de produtos naturais

A pervinca de Madagascar (Catharanthus roseus) da família dogbane produz um

A pervinca de Madagascar (Catharanthus roseus) da família dogbane produz uma série de alcalóides de interesse médico. As análises em nível celular permitiram a descoberta de genes para a biossíntese dos dois mais importantes produtos naturais da planta, a vincristina e a vinblastina, usados ​​no tratamento do câncer.

ATENAS – Uma equipe internacional de pesquisadores da Universidade da Geórgia e do Instituto Max Planck de Ecologia Química na Alemanha descobriu uma estratégia promissora para decodificar as vias metabólicas de compostos vegetais importantes em tratamentos médicos, de acordo com um novo estudo publicado na Nature Chemical Biology .

Liderada por Chenxin Li do Centro de Tecnologias Genéticas Aplicadas da UGA na Faculdade de Ciências Agrícolas e Ambientais, a equipe de pesquisa estudou a biossíntese de dois alcaloides da pervinca de Madagascar (Catharanthus roseus) que são usados ​​como agentes anticancerígenos na medicina humana. Os genes para a formação dessas substâncias ativas são expressos em diferentes tipos de células.

Usando análises unicelulares, os cientistas foram capazes de descobrir novos genes importantes para a biossíntese e mostrar que os intermediários da via metabólica se acumulam em tipos específicos de células. Intermediários são moléculas que são os precursores ou metabólitos de moléculas biologicamente significativas.

Os pesquisadores preveem que essa abordagem metodológica fornecerá novos insights importantes sobre a biossíntese de muitos outros produtos naturais do reino vegetal.

As plantas são impressionantes em sua diversidade, especialmente na variedade de metabólitos que produzem. Muitos produtos vegetais naturais são compostos de moléculas altamente complexas, como os alcaloides vincristina e vinblastina, produzidos pela pervinca de Madagascar. Essas duas substâncias já são indispensáveis ​​na terapia do câncer, e os pesquisadores estão interessados ​​em descobrir quais etapas biossintéticas individuais são necessárias para formar as moléculas complexas.

"Atualmente, esses compostos ainda são obtidos em quantidades muito pequenas a partir do extrato da folha da planta. Podemos aprender com a planta como esse composto é produzido e usar esse conhecimento para desenvolver sistemas de produção mais econômicos, escaláveis ​​e sustentáveis", disse Li, primeiro autor do estudo, descrevendo o objetivo da pesquisa.

Os cientistas sabem que a atividade gênica difere entre as células de uma planta e que a química pode diferir drasticamente de célula para célula. O objetivo do estudo recente foi usar um novo conjunto de métodos chamados coletivamente de ômica unicelular para investigar tipos de células especializadas e raras que desempenham um papel central na biossíntese de produtos naturais de plantas e cujos sinais são muitas vezes obscurecidos por células mais abundantes. tipos em órgãos vegetais.

"Com a ômica unicelular, temos um método que permite aos pesquisadores atribuir informações genéticas e metabólicas a células individuais", disse Lorenzo Caputi, chefe do Alkaloid Biosynthesis Project Group no Departamento de Biossíntese de Produtos Naturais do MPI e um dos principais autores. , disse. "O termo 'ômica' refere-se ao fato de que toda uma coleção de genes ou metabólitos é quantificada e analisada."

Como mostraram as análises, toda a via biossintética do alcaloide vinblastina é organizada em três estágios e três tipos celulares distintos.

"O primeiro estágio é expresso exclusivamente em células especializadas associadas a feixes vasculares na folha, chamadas IPAP", disse Li. "A segunda etapa da via biossintética se expressa apenas nas células da epiderme, camada de células que recobre as folhas, e as últimas etapas conhecidas da via biossintética se expressam exclusivamente nos idioblastos, um tipo raro de célula da folha."

Os pesquisadores mediram as concentrações de vários intermediários na via metabólica da vinblastina em células individuais e ficaram surpresos com os resultados.

"Dois importantes precursores da vinblastina - catarantina e vindolina - ocorrem nas células idioblásticas em concentrações milimolares, cerca de três ordens de grandeza superiores à própria vinblastina", disse Sarah O'Connor, chefe do Departamento de Biossíntese de Produtos Naturais do MPI. "A concentração dos dois precursores nessas células foi muito maior do que esperávamos e até excedeu suas concentrações em extratos de órgãos inteiros.