EN / DA
Foto: Shutterstock
Miljø og bæredygtighed

Milepæl åbner for medicin-fremstilling i planter

Planter udgør en medicinsk skattekiste med 50.000 potentielle naturstoffer til at lindre smerte og redde liv. Det har dog hidtil været en uknækkelig nød at få planter til at producere stoffer i store nok mængder. Et danskledet forskerteams løsning af en 40 år gammel udfordring kan være gennembruddet ifølge dagens udgave af det anerkendte tidsskrift Science

Gammel kinesisk naturmedicin kan om få år måske være at finde på apoteker og hospitaler i vestlige lande. Hidtil har det kun været muligt at producere via urteudtræk i så små mængder, at det ikke har været muligt at teste plantestoffer systematisk til behandling. I denne uges udgave af tidsskriftet Science præsenterer et internationalt forskerteam med Institut for Plante- og Miljøvidenskab på Københavns Universitet i spidsen en mulig løsning.

”En afgørende udfordring har været at kopiere planternes produktionsanlæg ind i andre organismer som fx gær eller andre planter, som kan dyrkes i store mængder. Hver gang det har været forsøgt, har udbyttet været al for lavt. Vores nye studium giver en mulig forklaring, hvorfor det mislykkes og en løsning på, hvordan man kan få det til at virke,” forklarer Bjoern Hamberger, assistant professor ved Michigan State University og medforfatter på artiklen.

Hurtigt og effektivt forsvar

Det er en 40 år gammel teori om multienzym-klynger i planter - såkaldte metaboloner - som forskerne nu har bevist, og Science beskriver artiklen som banebrydende og et vendepunkt. Begrebet metabolon blev første gang beskrevet i 1985 om klynger af enzymer, som man mente måtte eksistere, da man ellers ikke kunne forklare, hvordan enzymerne kunne arbejde så effektivt sammen, som man kunne konstatere, at de faktisk gjorde.

”Metaboloner er derfor også essentielle, hvis du skal forstå og kopiere planternes produktionsmekanismer. Den konstante samling og adskillelse ad metabolonerne har gjort dem notorisk vanskelige at studere, da disse dynamikker i sagens natur er svære at fange direkte i planterne.”

Metaboloner illustreres derfor typisk som statiske strukturer med fast form, men den ny forskning viser, at det er langt mere kompliceret. Som testsystem blev planten Durra (Sorghum) valgt. Planten har de seneste år fået stigende opmærksomhed til produktion af biobrændstof, men den producerer også et stof kaldet dhurrin.

”Hvis durra-planten beskadiges nedbrydes dhurrin til det stærkt giftige hydrogencyanid og virker dermed som plantens naturlige beskyttelse mod insektangreb. Planten er derfor nødt til at kunne samle de nødvendige enzymkomplekser hurtigt og effektivt, og vores forskning viser, at det sker via klynger af enzymer – altså de såkaldte metaboloner.”

Den dynamiske kopinøgle

Forskerne studerede metabolonet ved at mærke enzymer involveret i dhurrin-produktion med fluorescerende stoffer, som man kunne følge ved mikroskopi direkte i plantecellerne. Forskerne kunne både se, at alle enzymer var aktive samtidig, og at enzymerne var samlet langs det såkaldte endoplasmatiske reticulum, et netværk af sække og rør, der er essentielt i alle plantecellers stofskifte.

”Det er meget fristende at spekulere i, at andre biosynteseveje er organiseret på en lignende måde, men vores forskning viser samtidig metaboloners enorme kompleksitet og dynamik, og at de stabiliseres af en række komponenter.”

Forskerne kunne blandt andet se, at metabolonets dannelse var stærkt afhængig af ladningen af fedtstofferne på det endoplasmatiske reticulums inderside.

”Netop kompleksiteten og dynamikkerne kan vise både at være nøglen til, hvordan planter kan reagere så effektivt på ændringer i deres miljø, men det kan også vise sig at være én af de nøgler, vi har manglet for at kunne kopiere produktionssystemer fra én plante til en anden,” forklarer Bjoern Hamberger

Gammel kinesisk medicin på ny recept

Bjoern Hamberger har sat som mål for sin forskergruppe på Michigan State University at gennemsøge alverdens plantetyper for én bestemt type stoffer – såkaldte terpenoider – der er kendt både som smagsstoffer i madvarer, som duftstoffer i parfumer men også fra traditionel og alternativ medicin. En af planterne Tripterygium wilfordii er en traditionel kinesisk lægeplante – også kendt som torden gud vin.”

”Planten indeholder stoffet triptolide, der har været vist sig i dyr at være effektiv mod kræft og gigt samt ved hudtransplantationer. Desværre har vi ikke tidligere kunnet fremstille det i tilstrækkelig store mængder til at foretage ordentlige kliniske test.”

Forskerne har dog netop kortlagt triptolides syntesevej, og med denne viden, håber Bjoern Hamberger at kunne få mos-planten Physcomitrella patens til at producere triptolide og andre bioaktive terpenoider i store mængder. De nye resultater kan således vise sig at være et gennembrud i test, produktion og brug af de mange potentielle lægemidler fra planternes naturmedicinske skattekiste.

Artiklen ”Characterization of a dynamic metabolon producing the defense compound dhurrin in sorghum” er udkommet i tidsskriftet Science i dag. Tomas Laursen and Jean-Etienne Bassard from Institut for Plante- og Miljøvidenskab på Københavns Universitet er hovedforfattere og en del af Villum Research Center for Plant Plasticity.

Artiklen “The terpene synthase gene family in Tripterygium wilfordii harbors a labdane-type diterpene synthase among the monoterpene synthase TPS-b subfamily” er udkommet i Plant Journal 1. november 2016.

Bjoern Hamberger modtog i 2012 støtte fra Novo Nordisk Fonden til projektet “Plants for the future: bio-synthesis of high-value medicinal compounds using a moss as the production system