Ученые разработали механизм для регулирования производства растительных масел

Сотрудники Брукхейвенской национальной лаборатории при Министерстве энергетики США определили ключевые элементы биохимического процесса, который используется растениями для ограничения производства жирных кислот. Результаты проведенных исследований позволят ученым найти новые способы использования биохимических процессов с целью увеличения объемов производства растительных масел, которые могут служить возобновляемым биотопливом.

«Теперь, когда мы представляем, как работает вся система – как растения «узнают», что они произвели достаточно масел, и замедляют их выработку – мы можем найти способ разорвать эту цепь обратной связи, чтобы они производили больше масла», - отмечает биохимик из Брукхейвенской лаборатории Джон Шэнклин,  возглавивший исследование, результаты которого  были опубликованы в журнале «ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences» («Научные труды Национальной академии наук»).

Аналогичные биохимические цепи обратной связи регулируют большое количество метаболических процессов в живых существах. Их принцип работы схож с термостатом, который поддерживает сравнительно постоянную температуру в вашем доме: когда становится слишком жарко, отопительная система отключается, пока температура не снизится до определенного уровня, а затем включается снова.

«Сначала у нас были лишь  догадки о существовании системы обратной связи в растениях, - объясняет Шэнклин, который приписывает успех в разработке и проведении сложных биохимических исследований Карлу Андре, доктору наук, в настоящий момент сотрудничающему с филиалом компании «BASF» в Северной Каролине. – Очень сложно работать с развивающимися семенами масличных культур, потому что они чрезвычайно малы». Поэтому для моделирования процессов, протекающих в семенах, ученые проводили свои биохимические эксперименты в культурах растительных зародышевых клеток.

Андре синтезировал «маркированные» формы жирных кислот, служащих посредниками в процессе метаболизма, который приводит к образованию масел. Далее он по очереди добавлял их в растительные клеточные культуры, оценивая промежуточные продукты обмена веществ совместно с химиком-аналитиком Ричардом Хаслэмом из сельскохозяйственного исследовательского института «RothamstedResearch» (Великобритания). Ученые также пытались понять, какие из образованных промежуточных продуктов замедляют процесс образования масел.   

В результате исследователи идентифицировали комбинацию жирных кислот и белка-носителя (необходимого, чтобы маслянистая субстанция растворялась в воде) как основное вещество, мешающее производству масла. Это первая «ненасыщенная» жирная кислота – с двойной связью между двумя атомами углерода – образованная после того, как все 18 атомов углерода были добавлены к цепи.

Определив, какое промежуточное вещество посылает сигнал «замедления», ученые направили свои усилия на поиски его «цели» - то есть попытались определить, как именно происходит процесс торможения. По опыту работы с другими биохимическими цепями с обратной связью они знали, что причина, скорее всего, заключается в ферменте, который образуется на ранних стадиях синтеза. Оставалось лишь выяснить, что это за фермент.

С этой целью они изучили процесс синтеза, промаркировав промежуточные продукты с помощью радиоактивной формы углерода и добавив в клетки избыток жирных кислот, указывающих на замедление.  Если маркировка промежуточного вещества оказывалась в образованных маслах, это значит, что сигнал «замедления» сработал раньше. 

Уже первые два эксперимента дали ученым ответ на их вопрос: когда они ввели в процесс синтеза первое вещество – ацетат – очень малое количество радиоактивного углерода попало в масло и его образование заметно снизилось. Зато когда исследователи добавили второе вещество – маркированный малонат – радиоактивный углерод быстро проник в масло.

«Исходя из этих результатов, мы заключили, что накапливание ненасыщенной жирной кислоты в процессе синтеза приводит к образованию фермента, который преобразовывает ацетат в малонат, - заявляет Шэнклин. – Этот фермент называется ацетил-коэнзим А-карбоксилаза (ACCase)».

На следующем этапе было необходимо взять образец тканевой культуры и непосредственно измерить активность ацетил-коэнзим А-карбоксилазы в пробирке. Добавление «замедляющего» вещества дало подтверждение того,  что сигнал и его цель были определены правильно.

Чтобы убедиться в том, что механизм обратной связи функционирует в семенах, а не является всего лишь специфической особенностью клеточных культур, ученые провели аналогичные испытания на зародышах канолы (разновидность рапса). «Результаты оказались абсолютно одинаковыми», - заявил Шэнклин.

Имея на руках результаты исследования механизмов обратной связи при образовании растительных масел, группа ученых под руководством Шэнклина ищет способ влияния на данный процесс – включая препятствование накапливанию «замедляющего» вещества, его воздействию на ацетил-коэнзим А-карбоксилазу и многое другое.

«Если мы сможем контролировать этот процесс, нам удастся «обвести вокруг пальца» клетки так, что они не будут знать, сколько масла произвели и будут производить еще больше», - подытожил Шэнклин.

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.biofueldaily.com/reports/Scientists_identify_mechanism_for_regulating_plant_oil_production_999.html