Genetyczna modyfikacja... zapachu

Umiejętne "projektowanie" enzymów odpowiedzialnych za smak i zapach mogłoby być dla ludzi bardzo przydatne. Pozwoliłoby na poprawę smaku żywności lub zwalczanie szkodników upraw w bezpieczny dla ludzi sposób. Jest to zadanie bardzo złożone, lecz naukowcy ze szkoły medycznej Uniwersytetu Teksańskiego twierdzą, że uczynili ważny krok naprzód ku jego realizacji.

Eksperyment, prowadzony przez dr. C.S. Ramana, polegał na modyfikacji genetycznej rzodkiewnika (Arabidopsis thaliana) - rośliny powszechnie stosowanej w badaniach naukowych. Badacze wprowadzili zmiany w genie kodującym enzym syntazę tlenków alkenów (AOS, ang. allene oxide synthase), odpowiedzialną za produkcję związków zapachowych z grupy jasmonianów. W wyniku modyfikacji uzyskano białko o właściwościach identycznych z innym enzymem, liazą wodoronadtlenkową (HPL, ang. hydroperoxide lyase), zdolną do produkcji związków lotnych odpowiedzialnych za zapach owoców i warzyw.

Przeprowadzone przez naukowców badania mają nie tylko wartość czysto poznawczą. Jak tłumaczy dr Raman, substancje wytwarzane po modyfikacji genetycznej mogą być korzystne dla roślin: pamiętajmy, że rośliny nie mogą uciec przed robakami i innymi szkodnikami. Muszą sobie z nimi radzić. Jednym ze sposobów jest wydzielanie lotnych związków wabiących naturalnych wrogów tych szkodników. Oznacza to, że możliwe jest genetyczne modyfikowanie roślin w taki sposób, by zwalczały one robaki w sposób całkowicie bezpieczny dla człowieka. Opanowanie sztuki "projektowania" enzymów pozwoli także m.in. na wydajne wytwarzanie pożądanych związków odpowiedzialnych za smak roślin mających zastosowanie w przemyśle spożywczym.

Kluczem do przeprowadzenia udanej modyfikacji genetycznej były precyzyjne dane na temat struktury enzymów. Dzięki zastosowaniu technik komputerowych możliwe było zaplanowanie modyfikacji genetycznej w taki sposób, by wzajemne ułożenie atomów w cząsteczce AOS zmienić tak, by białko to nabrało właściwości enzymu HPL. Obie te proteiny są ze sobą spokrewnione - należą do grupy tzw. cytochromów P450. Enzymy z tej grupy występują także w organizmie człowieka, gdzie odpowiadają m.in. za metabolizm niemal połowy przyjmowanych przez nas leków oraz ogromnej liczby innych wchłanianych przez nasze organizmy związków.

Przełożony dr. Ramana, prof. Rodney E. Kellems, podkreśla istotę odkrycia: ważną zaletą tej pracy jest zastosowanie dziedziny biologii strukturalnej i ewolucyjnej w celu pogłębienia wiedzy na temat funkcji enzymów. Wiedza ta umożliwiła nam zademonstrowanie, że zmiana pojedynczego aminokwasu [cząsteczki budulcowej wchodzącej w skład łańcucha białkowego - przyp. red.] powoduje zamianę jednego enzymu w inny. Pokazuje to, że nawet pojedyncza mutacja może wpływać na ewolucję nowych szlaków biosyntezy. Zaczynamy w ten sposób odpowiadać na pytanie, w jaki sposób pojedynczy związek może być przekształcany w zupełnie różne produkty za pomocą uderzająco podobnych do siebie enzymów.

Eksperci z Uniwersytetu Teksańskiego dokonali jeszcze jednego odkrycia. Zaobserwowali, że enzymy odpowiedzialne za produkcję bardzo podobnych związków zapachowych są wytwarzane także w organizmach zwierząt morskich. Na razie nie wiadomo jednak, jaką dokładnie pełnią u nich funkcję.

GMO rzodkiewnik Arabidopsis thaliana zapach smak szkodniki enzym enzymy inżynieria genetyczna