گروهی از پژوهشگران به سرپرستی بنجامین آر. لیچمن از دانشگاه یورک موفق شدند برای نخستین بار مسیر کامل تولید نیکوتین در گیاه تنباکو را شناسایی کنند؛ معمایی علمی که از زمان جداسازی نیکوتین در سال ۱۸۲۸ تاکنون بیپاسخ مانده بود.
به گزارش سیناپرس، نتایج این تحقیق که در مجله Nature Communications منتشر شده است، نشان میدهد گیاه تنباکو برای ساخت نیکوتین از یک مرحله پنهان و غیرمنتظره استفاده میکند. در این فرآیند، یک مولکول گلوکز بهطور موقت به یکی از ترکیبات میانی متصل میشود و شرایط لازم را برای انجام یک واکنش شیمیایی کلیدی فراهم میکند. پس از پایان واکنش، گلوکز از ساختار جدا میشود و در محصول نهایی، یعنی نیکوتین، اثری از آن باقی نمیماند.
پژوهشگران این مکانیسم را «گلوکوزیلاسیون فعالکننده پنهان» نامیدهاند؛ روشی که به گفته آنها به دلیل حذف گلوکز در مراحل پایانی، تاکنون از دید دانشمندان مخفی مانده بود.
نیکوتین از اتصال دو حلقه شیمیایی تشکیل میشود. دانشمندان سالها میدانستند که پروتئینهای A622 و BBL در این فرآیند نقش دارند، اما عملکرد دقیق آنها مشخص نبود. بررسی ژنهای مجاور این پروتئینها سرنخ مهمی در اختیار محققان قرار داد و آنها را به کشف نقش موقت گلوکز هدایت کرد.
برای آزمایش این فرضیه، تیم تحقیقاتی مسیر تولید نیکوتین را در محیط آزمایشگاهی بازسازی کرد. چهار پروتئین مختلف به ترتیب در این فرآیند شرکت کردند: یکی گلوکز را به ترکیب اولیه متصل کرد، دیگری آن را برای واکنش اصلی آماده ساخت، پروتئین سوم شکل صحیح مولکول نیکوتین را ایجاد کرد و در نهایت پروتئین چهارم گلوکز را حذف نمود.
محققان همچنین توانستند همین فرآیند را در سلولهای زنده گیاهی بازآفرینی کنند و با استفاده از تصویربرداری پرتو ایکس، ساختار سهبعدی پروتئینهای کلیدی را مشاهده کنند. تصاویر بهدستآمده نقش هر پروتئین را در این مسیر تأیید کرد.
به گفته پژوهشگران، این کشف علاوه بر حل یکی از قدیمیترین معماهای زیستشناسی گیاهی، میتواند به تولید گیاهان تنباکو با میزان نیکوتین متفاوت کمک کند و راه را برای تولید آزمایشگاهی ترکیبات شیمیایی مرتبط با نیکوتین هموار سازد.
این دستاورد علمی سرانجام به پرسشی که نزدیک به دو قرن ذهن پژوهشگران را مشغول کرده بود پاسخ داد: گیاه تنباکو چگونه نیکوتین میسازد؟ پاسخ، در یک مولکول قند موقتی نهفته بود که نقش خود را ایفا میکند و سپس ناپدید میشود.
مترجم:نداجوادهراتی