Με ετήσια παραγωγή άνω των 700.000 τόνων, η γλυφοσάτη είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο και το μεγαλύτερο ζιζανιοκτόνο στον κόσμο. Η αντοχή στα ζιζάνια και οι πιθανές απειλές για το οικολογικό περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία που προκαλούνται από την κατάχρηση της γλυφοσάτης έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή.
Στις 29 Μαΐου, η ομάδα του καθηγητή Guo Ruiting από το Κρατικό Εργαστήριο Βιοκατάλυσης και Ενζυμικής Μηχανικής, το οποίο ιδρύθηκε από κοινού από τη Σχολή Επιστημών Ζωής του Πανεπιστημίου Hubei και τις επαρχιακές και υπουργικές υπηρεσίες, δημοσίευσε την τελευταία ερευνητική εργασία στο Journal of Hazardous Materials, αναλύοντας την πρώτη ανάλυση του χόρτου barnyard. Η αλδο-κετο αναγωγάση AKR4C16 και η AKR4C17 που προέρχονται από το κακοήθη ζιζάνιο (paddy weed) καταλύουν τον μηχανισμό αντίδρασης της αποικοδόμησης του glyphosate και βελτιώνουν σημαντικά την αποτελεσματικότητα της αποικοδόμησης του glyphosate από το AKR4C17 μέσω μοριακής τροποποίησης.
Αυξανόμενη αντοχή στη γλυφοσάτη.
Από την εισαγωγή του στη δεκαετία του 1970, το glyphosate είναι δημοφιλές σε όλο τον κόσμο και σταδιακά έχει γίνει το φθηνότερο, πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο και πιο παραγωγικό ζιζανιοκτόνο ευρέος φάσματος. Προκαλεί μεταβολικές διαταραχές στα φυτά, συμπεριλαμβανομένων των ζιζανίων, αναστέλλοντας συγκεκριμένα την 5-ενολπυροσταφυλοσικιμάτη-3-φωσφορική συνθάση (EPSPS), ένα βασικό ένζυμο που εμπλέκεται στην ανάπτυξη και τον μεταβολισμό των φυτών, καθώς και στον θάνατο.
Επομένως, η καλλιέργεια διαγονιδιακών καλλιεργειών ανθεκτικών στο γλυφοσάτη και η χρήση γλυφοσάτης στον αγρό αποτελεί σημαντικό τρόπο ελέγχου των ζιζανίων στη σύγχρονη γεωργία.
Ωστόσο, με την ευρεία χρήση και κατάχρηση της γλυφοσάτης, δεκάδες ζιζάνια έχουν σταδιακά εξελιχθεί και έχουν αναπτύξει υψηλή ανοχή στη γλυφοσάτη.
Επιπλέον, οι γενετικά τροποποιημένες καλλιέργειες ανθεκτικές στη γλυφοσάτη δεν μπορούν να αποσυνθέσουν τη γλυφοσάτη, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση και τη μεταφορά της στις καλλιέργειες, η οποία μπορεί εύκολα να εξαπλωθεί μέσω της τροφικής αλυσίδας και να θέσει σε κίνδυνο την ανθρώπινη υγεία.
Επομένως, είναι επείγον να ανακαλυφθούν γονίδια που μπορούν να αποικοδομήσουν το γλυφοσάτη, έτσι ώστε να καλλιεργηθούν διαγονιδιακές καλλιέργειες υψηλής αντοχής στο γλυφοσάτη με χαμηλά υπολείμματα γλυφοσάτης.
Επίλυση της κρυσταλλικής δομής και του μηχανισμού καταλυτικής αντίδρασης ενζύμων αποικοδόμησης γλυφοσάτης φυτικής προέλευσης
Το 2019, ερευνητικές ομάδες από την Κίνα και την Αυστραλία αναγνώρισαν για πρώτη φορά από χόρτο στάβλου ανθεκτικό στο γλυφοσάτη δύο αλδο-κετο αναγωγάσες που αποικοδομούν το γλυφοσάτη. Μπορούν να χρησιμοποιήσουν το NADP+ ως συμπαράγοντα για την αποικοδόμηση του γλυφοσάτου σε μη τοξικό αμινομεθυλοφωσφονικό οξύ και γλυοξυλικό οξύ.
Τα AKR4C16 και AKR4C17 είναι τα πρώτα αναφερόμενα ένζυμα αποικοδόμησης του γλυφοσάτου που παράγονται από τη φυσική εξέλιξη των φυτών. Προκειμένου να διερευνηθεί περαιτέρω ο μοριακός μηχανισμός της αποικοδόμησης του γλυφοσάτου, η ομάδα του Guo Ruiting χρησιμοποίησε κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ για να αναλύσει τη σχέση μεταξύ αυτών των δύο ενζύμων και του υψηλού συμπαράγοντα. Η σύνθετη δομή της ανάλυσης αποκάλυψε τον τρόπο σύνδεσης του τριαδικού συμπλόκου του γλυφοσάτου, NADP+ και AKR4C17, και πρότεινε τον μηχανισμό καταλυτικής αντίδρασης της αποικοδόμησης του γλυφοσάτου που προκαλείται από AKR4C16 και AKR4C17.
Δομή του συμπλόκου AKR4C17/NADP+/γλυφοσάτης και μηχανισμός αντίδρασης αποικοδόμησης της γλυφοσάτης.
Η μοριακή τροποποίηση βελτιώνει την αποτελεσματικότητα της αποικοδόμησης του γλυφοσάτου.
Αφού απέκτησε το λεπτό τρισδιάστατο δομικό μοντέλο του AKR4C17/NADP+/γλυφοσάτης, η ομάδα του καθηγητή Guo Ruiting απέκτησε περαιτέρω μια μεταλλαγμένη πρωτεΐνη AKR4C17F291D με αύξηση 70% στην αποτελεσματικότητα αποικοδόμησης του γλυφοσάτης μέσω ανάλυσης της δομής των ενζύμων και ορθολογικού σχεδιασμού.
Ανάλυση της δραστικότητας αποικοδόμησης του γλυφοσάτου των μεταλλαγμένων στελεχών AKR4C17.
«Η εργασία μας αποκαλύπτει τον μοριακό μηχανισμό των AKR4C16 και AKR4C17 που καταλύουν την αποικοδόμηση του γλυφοσάτου, γεγονός που θέτει μια σημαντική βάση για την περαιτέρω τροποποίηση των AKR4C16 και AKR4C17 για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας αποικοδόμησης του γλυφοσάτου». Ο αντίστοιχος συγγραφέας της εργασίας, Αναπληρωτής Καθηγητής Dai Longhai του Πανεπιστημίου Hubei, δήλωσε ότι κατασκεύασαν μια μεταλλαγμένη πρωτεΐνη AKR4C17F291D με βελτιωμένη αποτελεσματικότητα αποικοδόμησης του γλυφοσάτου, η οποία παρέχει ένα σημαντικό εργαλείο για την καλλιέργεια διαγονιδιακών καλλιεργειών υψηλής αντοχής στο γλυφοσάτο με χαμηλά υπολείμματα γλυφοσάτου και τη χρήση βακτηρίων μικροβιακής μηχανικής για την αποικοδόμηση του γλυφοσάτου στο περιβάλλον.
Αναφέρεται ότι η ομάδα του Guo Ruiting ασχολείται εδώ και καιρό με την έρευνα σχετικά με την ανάλυση δομής και τη συζήτηση μηχανισμών ενζύμων βιοαποικοδόμησης, τερπενοειδών συνθασών και πρωτεϊνών-στόχων φαρμάκων τοξικών και επιβλαβών ουσιών στο περιβάλλον. Ο Li Hao, ο αναπληρωτής ερευνητής Yang Yu και ο λέκτορας Hu Yumei στην ομάδα είναι οι συν-πρώτοι συγγραφείς της εργασίας, και οι Guo Ruiting και Dai Longhai είναι οι συν-αντίστοιχοι συγγραφείς.
Ώρα δημοσίευσης: 02 Ιουνίου 2022