Ученые превратили растения в спортивные добавки для тренировок

Исследователи разработали новый метод производства питательных веществ животного происхождения, таких как креатин, карнозин и таурин, непосредственно в растениях, используя синтетические модули в доказательстве концепции.

Этот инновационный подход не только упрощает процесс производства, но и значительно увеличивает выход питательных веществ за счет объединения различных модулей. Эта технология уже опробована на табакоподобном растении и демонстрирует потенциал для использования в съедобных растениях для устойчивого производства этих необходимых питательных веществ.

Хотя употребление овощей в пищу очень важно, некоторые необходимые витамины и питательные вещества можно найти только в организме животных, включая некоторые аминокислоты и пептиды. Но в ходе исследования, опубликованног в журнале Американского химического общества Journal of Agricultural and Food Chemistry, ученые разработали метод производства креатина, карнозина и таурина — всех питательных веществ животного происхождения и распространенных добавок для тренировок — прямо внутри растения. Система позволяет легко соединять различные синтетические модули для увеличения производства.

Используя специализированную бактерию, ученые перенесли в клетки различных растений инструкции ДНК для создания всевозможных аминокислот, пептидов, белков и других молекул. Эта технология помогла создать салат-латук с пептидными компонентами, которые, например, уменьшают потерю костной массы.

Однако когда речь заходит о более сложных соединениях, перенесенные инструкции ДНК могут изменить естественный метаболизм хозяина настолько, что в конечном итоге снижается выход желаемого продукта.

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

Команда испытала сменные синтетические модули на Nicotiana benthamiana, растении, похожем на табак, которое используется  как модельный организм в синтетической биологии.

Модуль креатина, содержащий два гена для синтеза креатина, позволил получить 2,3 микрограмма пептида на грамм растительного материала. Пептид карнозин был получен с помощью модуля для карнозина и другого модуля для одной из двух аминокислот, используемых для создания пептида, — β-аланина.

Хотя β-аланин естественным образом присутствует в N. benthamiana, его количество невелико, поэтому совместное использование модулей увеличило производство карнозина в 3,8 раза. Для таурина двойной модуль не помог создать аминокислоту, вместо этого метаболизм нарушился еще больше и таурин вырабатывался в незначительных количествах, пока растение пыталось вернуть все на круги своя.

В целом данная работа демонстрирует эффективную схему получения некоторых сложных питательных веществ, обычно встречающихся у животных, в системе живых растений. Исследователи говорят, что в будущем этот метод можно будет применить к съедобным растениям — включая фрукты или овощи, а не только листья — или к другим растениям, которые могут выступать как биофабрики для устойчивого производства этих питательных веществ.

Ранее исследование выявило масштабы вреда, наносимого приемом популярных растительных добавок, включая куркуму, зеленый чай, снимающую стресс ашваганду и средство для снижения веса гарцинию камбоджийскую.