Northeastern University -forskere genoplivet et uddød plantegen, der vendte det evolutionære ur tilbage for at bane en sti fremad for udvikling og opdagelse af nye lægemidler.
Specifikt reparerede teamet, ledet af Jing-Ke Weng, en professor i kemi, kemisk biologi og bioingeniøring i Northeastern, et nedlagt gen i coyottobaksanlægget.
I et nyt papir detaljerede de deres opdagelse af en tidligere ukendt slags cyklisk peptid eller mini-protein, kaldet nanamin, der er let at bioingeniør, hvilket gør det til “en platform med et stort potentiale for opdagelse af lægemidler,” siger Weng. Papiret offentliggøres i tidsskriftet Forløb af National Academy of Sciences.
“Det vil give kemiske biologer andre værktøjer til at udvikle nye peptidbaserede kræftbehandlinger, til at opdage nye antibiotika og også til landbrugsanvendelser til forsvar mod patogener og insekter,” siger Weng.
Planter har drevet utallige innovationer inden for opdagelsen og udviklingen af nye stoffer. Imidlertid siger Weng, at der har været en nyere vending mod human-syntetiserede forbindelser, der ikke er næsten så effektive som at bruge en plantes naturlige evolutionære proces.
“Hvis du starter med tilfældige forbindelser, er det faktisk temmelig svært at få det til at være narkotikas,” siger Weng. “Evolution over hundreder af millioner af år har gjort sit job, så meget sandsynligt, at Nanamin og dets analoger allerede spiller visse roller i naturen. Vi udnytter bare det og bruger det til opdagelse af stoffer.”
Det er her cykliske peptider giver en mulighed. Koncykliske peptider består af korte strenge af aminosyrer og er meget små og næsten skræddersyede til brug i lægemiddeludvikling.
“Cykliske peptider er meget mindre, så det er som et lille molekylemedicin, men har de kemiske træk ved et protein. Du kan også konstruere det,” siger Weng. “Vi kan nemt generere et bibliotek, der producerer millioner af disse peptider, der kan bruges til medikamentscreening.”
Wengs Institute for Plant-Human-interface opdagede tidligere, at der findes cykliske peptider i planter, hvilket bragte ham til Coyote Tobacco, som er almindelig i det vestlige USA. Da Weng og hans team dykkede ind i den genetiske kode for denne plante, opdagede de en pseudogen, der ikke længere var funktionel.
Dette særlige gen havde tidligere kodet det cykliske peptid -nanamin i coyote -tobak, men over tid på grund af adaptive mutationer var det forsvundet i den evolutionære fortid. Men det stoppede ikke Weng og hans team.
De fandt, at dette gen stadig eksisterede i beslægtede plantearter, og ved anvendelse af en ny metode kaldet molekylær genopstandelse, klonede genet og korrigerede mutationen.
“Til vores overraskelse var vi i stand til at genvinde forfædres funktion af dette gen,” siger Weng. “Vi forsøger at spille den proces, der ellers ville tage titusinder af millioner af år at forekomme naturligt, for at være i stand til at gøre det inden for få måneder eller år i et laboratorium.”
Ud over at genoplive et uddød gen, siger Weng, at deres forskning beviser levedygtigheden af cykliske peptider og nanamin specifikt som grundlaget for en række nye anvendelser.
Nanamins størrelse og kemiske mutabilitet gør det til et aktiv til at opdage nye lægemidler; Weng og hans laboratorium bruger allerede det til at opdage nye lægemidler til kræftbehandling. Imidlertid udvider dens anvendelser også til landbrug, siger han.
I 2024 startede hans laboratorium et samarbejde med Bayer Crop Science, og de bruger cykliske peptider til at udvikle anti-insekt træk i majs og bønneafgrøder. Den lethed, hvorpå de let kan kodes og transplanteres i afgrøder fra deres originale værtsanlæg, er en ny tilgang til at opbygge afgrøderes modstandsdygtighed i et skiftende klima.
Mere bredt hjalp det at dykke ned i genetik og kemiske træk ved coyote -tobak, forskerne med at “fange udvikling i aktion” på en måde, der kunne hjælpe os med at forstå og værdsætte de planter, vi går næsten hver dag, forklarer han.
“Hele livsstilen for planter er at være en meget god kemiker,” siger Weng. “De er mestre i kemi. De er nødt til at udvikle sig for at producere så mange forbindelser som deres unikke sprog til at kommunikere med omverdenen … Dette er et eksempel, vi afslører her.”