Co najważniejsze, pokazali, w jaki sposób można skutecznie zarządzać produkcją tych cząsteczek, aby nie utrudniać normalnego wzrostu roślin.

Feromony to złożone substancje chemiczne wytwarzane i uwalniane przez organizm jako środek komunikacji. Pozwalają członkom tego samego gatunku wysyłać sygnały, w tym informować innych, że szukają miłości.

Rolnicy mogą wieszać rozpraszacze feromonów wśród swoich upraw, aby naśladować sygnały samic owadów, chwytając w pułapki lub odwracając uwagę samców od znalezienia partnera. Niektóre z tych cząsteczek można wytwarzać w procesach chemicznych, ale synteza chemiczna jest często kosztowna i tworzy toksyczne produkty uboczne.

Dr Nicola Patron, która kierowała tymi nowymi badaniami i kieruje Grupą Biologii Syntetycznej w Instytucie Earlham, wykorzystuje najnowocześniejszą naukę, aby rośliny wytwarzały te cenne produkty naturalne.

Biologia syntetyczna stosuje zasady inżynierii do budulca życia, DNA. Tworząc moduły genetyczne z instrukcjami budowania nowych cząsteczek, dr Patron i jej grupa mogą zamienić roślinę, taką jak tytoń, w fabrykę, która potrzebuje tylko światła słonecznego i wody.

„Biologia syntetyczna może pozwolić nam modyfikować rośliny tak, aby wytwarzały znacznie więcej czegoś, co już wyprodukowały, lub możemy dostarczyć instrukcje genetyczne, które pozwolą im budować nowe cząsteczki biologiczne, takie jak leki lub te feromony” – powiedział dr Patron.

W ramach tej ostatniej pracy zespół współpracował z naukowcami z Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej Roślin w Walencji nad opracowaniem gatunku tytoniu, Nicotiana benthamiana, do produkcji feromonów płciowych ćmy. Ta sama roślina została wcześniej zaprojektowana do produkcji przeciwciał ebola, a nawet cząstek podobnych do koronawirusa do stosowania w szczepionkach Covid.

Grupa zbudowała w laboratorium nowe sekwencje DNA, aby naśladować geny ćmy i wprowadziła kilka przełączników molekularnych, aby precyzyjnie regulować ich ekspresję, co skutecznie włącza i wyłącza proces produkcji.

Ważnym elementem nowych badań była możliwość precyzyjnego dostrojenia produkcji feromonów, ponieważ zmuszanie roślin do ciągłego budowania tych cząsteczek ma swoje wady.

„Gdy zwiększamy wydajność, zbyt wiele energii jest odwracane od normalnego wzrostu i rozwoju” – wyjaśnił dr Patron.

„Rośliny produkują dużo feromonów, ale nie są w stanie urosnąć do dużych rozmiarów, co zasadniczo zmniejsza wydajność naszej linii produkcyjnej. Nasze nowe badania zapewniają sposób regulowania ekspresji genów z dużo większą subtelnością”.

W laboratorium zespół przystąpił do testowania i udoskonalania kontroli genów odpowiedzialnych za wytwarzanie mieszanki określonych cząsteczek, które naśladują feromony płciowe gatunków ciem, w tym ćmy pomarańczowej pępkowej i bawełnianej.

Wykazali, że siarczan miedzi może być użyty do precyzyjnego dostrojenia aktywności genów, umożliwiając im kontrolowanie zarówno czasu, jak i poziomu ekspresji genów. Jest to szczególnie ważne, ponieważ siarczan miedzi jest tanim i łatwo dostępnym związkiem już dopuszczonym do stosowania w rolnictwie.

Byli nawet w stanie dokładnie kontrolować produkcję różnych składników feromonów, co pozwoliło im dostosować koktajl, aby lepiej pasował do określonych gatunków ćmy.

„Pokazaliśmy, że możemy kontrolować poziomy ekspresji każdego genu w stosunku do innych” – powiedział dr Patron. „To pozwala nam kontrolować proporcje wytwarzanych produktów.

„Właściwa receptura jest szczególnie ważna w przypadku feromonów na mole, ponieważ często są one mieszanką dwóch lub trzech cząsteczek w określonych proporcjach. Nasi współpracownicy w Hiszpanii pozyskują teraz feromony roślinne i testują je w dozownikach, aby zobaczyć, jak wypadną w porównaniu z samicami ćmy”.

Zespół ma nadzieję, że ich praca utoruje drogę do rutynowego wykorzystywania roślin do produkcji szerokiej gamy cennych produktów naturalnych.

„Główną zaletą wykorzystywania roślin jest to, że budowanie złożonych cząsteczek przy użyciu procesów chemicznych może być znacznie droższe” – powiedział dr Patron. „Rośliny już teraz wytwarzają szereg użytecznych molekuł, dzięki czemu jesteśmy w stanie wykorzystać najnowsze techniki, aby dostosować i udoskonalić istniejącą maszynerię.

„W przyszłości możemy zobaczyć szklarnie pełne fabryk roślin – zapewniających bardziej ekologiczny, tańszy i bardziej zrównoważony sposób wytwarzania złożonych cząsteczek”.

Badania są częścią projektu SUSPHIRE, który otrzymał wsparcie od ERACoBiotech finansowanego z programu badań i innowacji Horyzont 2020 oraz UKRI Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC).

Przeczytaj oryginalny post tutaj