研究人員為茉莉酸生產開發生物技術

2021-01-10 小江科普

茉莉酸能使受損的植物葉子無法被天敵消化。比勒費爾德已經製造出了一種激素的前體。例如,它可以用來測試如何改善植物的體質。

植物在受到挑戰時,會產生荷爾蒙茉莉酸作為一種防禦反應,使其葉子對天敵產生異味。生物學家們想確定生物前體和其他變種的茉莉酸是否會導致類似或不同的效果。但到目前為止,這種激素的衍生物的實驗成本太高,難以獲得。來自比勒費爾德大學化學系和生物系的研究人員現在已經開發出了一種方法,可以使生產一種具有生物意義的茉莉酮酸前體的方法更有效、更便宜。他們的創新成果。他們模仿了植物生產這種激素的方法。結果得到了12-OPDA,這是一種茉莉酮酸的核心前體。從長遠來看,它還可能成為高品質香水的潛在前體。研究人員在5月29日的研究期刊《高級科學》上發表了他們的方法。

生物學家卡爾-約瑟夫·迪茲博士解釋說:「例如,茉莉酸能促使葉子中尼古丁等有毒物質的釋放,從而傷害食肉動物。」Dietz說:「菸草植物分泌一種經過改良的茉莉酸,促使鄰近的植物為襲擊做準備。」「茉莉酸還能促進癒合,並能刺激受損的植物再生。」

Dietz是比勒費爾德大學植物生物化學和生理學工作組的負責人。他正在研究植物如何對壓力做出反應,並致力於改變和優化植物的反應。"這將使我們能夠為植物應對氣候變化等導致的新環境條件做好準備。" 如果氣候變暖導致甲蟲數量增加,植物可能會具備用苦味物質傷害這些攻擊者的能力。"我們對茉莉花酸的預製劑的效果很感興趣,比如12-OPDA,這種預製劑只有毫克級,然後價格要幾百歐元。"Dietz說。

"之所以價格昂貴,是因為12-OPDA的生產過程是勞動密集型的,因為12-OPDA的生產極其複雜,涉及到經典化學工藝中的眾多反應步驟,"化學家Harald Grger教授博士說。他是比勒費爾德大學工業有機化學和生物技術工作組的負責人。他和Dietz一起,通過一種高效、創新的合成方法,提出了生產12-OPDA(12-氧茶二烯酸)作為茉莉花酸的前體的想法。兩位科學家在比勒費爾德大學生物技術中心(CeBiTec)進行研究。

像植物細胞一樣,新方法以優化的形式使用酶作為植物催化劑進行合成。"以正確的比例使用這些酶很重要,"Jana Lwe說。她是這項新研究的主要作者,也是Grger工作小組的研究人員。新方法最好的部分是,如果所有的初始條件都是正確的,它隨後會自行運行。

"就像植物一樣,我們只用容易獲得的亞麻酸與三種酶反應相結合,"Lwe解釋道。比如說,亞麻酸可以從菜籽油中提取。第一個酶將空氣中的氧氣融入亞麻酸中。第二種酶隨後產生一種高度不穩定的中間體,然後由第三種酶轉化為12-OPDA。

"這聽起來很簡單,"格爾格說。"但是,到目前為止,困難的地方在於第二種酶產生的敏感、短暫的中間階段。如果不立即加入第三種酶,產生的產物就無法使用。"

Lwe解決了這個問題,用細菌作為反應的第二階段和最後階段的酶的生產者,結合從大豆中提取的商品酶用於第一階段的反應。這些細菌(大腸桿菌)經過基因改造,可以提供所需數量的兩種酶。"只要不穩定的中間體一形成,所需的酶就會立即得到,並保證了12-OPDA的生產。"Lwe說。

然後,12-OPDA可以直接用於生物學研究,或者轉化為Dietz等實驗所需的其他物質。Lwe還為此開發了一種方法。"這為我們提供了一個12-OPDA的後裔庫,可用於植物生理學調查,"Dietz說。"隨著進一步的反應,12-OPDA將來甚至可以用來高效地生產二氫茉莉酸甲酯,"Grger說。"這是許多知名香水中需要的一種物質,是許多知名香水的成分。"

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