Синтетические модули увеличивают выработку питательных веществ животного происхождения в растениях.

Очень важно есть овощи, но некоторые необходимые витамины и питательные вещества, включая определенные аминокислоты и пептиды, можно найти только у животных. Теперь, в исследовании, подтверждающем концепцию, опубликованном в журнале Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии, Исследователи разработали метод производства креатина, карнозина и таурина — всех питательных веществ животного происхождения и обычных добавок для тренировок — прямо внутри растения. Система позволяет легко штабелировать различные синтетические модули для повышения производительности.

Растения могут быть удивительно восприимчивы, когда их просят производить соединения, к производству которых они не привыкли. Используя специализированную бактерию, ученые перенесли инструкции ДНК для всевозможных аминокислот, пептидов, белков и других молекул в клетки различных растений. Эта технология помогла создать салат с пептидными компонентами, которые, например, уменьшают потерю костной массы. Но когда дело доходит до более сложных соединений, переданные инструкции ДНК могут изменить естественный метаболизм хозяина настолько, что в конечном итоге уменьшится выработка желаемого продукта.

Исследователь Пэнсян Фань и его коллеги хотели решить эту проблему, представив инструкции в виде синтетических модулей, которые кодировали не только предполагаемый продукт, но и молекулы, используемые для его создания. Они надеялись увеличить выход трех необходимых питательных веществ: креатина, карнозина и таурина.

Команда протестировала сменные синтетические модули на Nicotiana benthamiana, похожем на табак растении, используемом в качестве модельного организма в приложениях синтетической биологии:

• Креатиновый модуль, содержащий два гена синтеза креатина, позволил получить 2,3 микрограмма пептида на грамм растительного материала.
• Пептид карнозин был получен с использованием модуля для карнозина и другого модуля для одной из двух аминокислот, используемых для создания пептида, β-аланина. Хотя β-аланин естественным образом содержится в N. benthamiana, он находится в небольших количествах, поэтому объединение модулей вместе увеличивает выработку карнозина в 3,8 раза.
• Удивительно, но для таурина двухмодульный подход оказался неудачным для создания аминокислоты. Вместо этого произошло более серьезное нарушение обмена веществ, и таурина стало вырабатываться мало, поскольку растение пыталось вернуть все в нормальное русло.

В целом, эта работа демонстрирует эффективную основу для производства некоторых сложных питательных веществ, обычно встречающихся у животных в живой растительной системе. Исследователи говорят, что в будущей работе этот метод можно будет применить к съедобным растениям, включая фрукты и овощи, а не только к листьям, или к другим растениям, которые могут действовать как биофабрики по устойчивому производству этих питательных веществ.