«Жасмоновая кислота может, например, вызвать выделение в листьях токсичных веществ, таких как никотин, что наносит вред хищникам», – объясняет биолог, профессор доктор Карл-Йозеф Дитц. «Табачные растения выделяют модифицированную форму жасмоновой кислоты, которая побуждает соседние растения готовиться к атакам», – говорит Дитц. Жасмоновая кислота также способствует заживлению и может стимулировать поврежденные растения к регенерации.’
Дитц возглавляет рабочую группу по биохимии и физиологии растений в Билефельдском университете. Он исследует, как растения реагируют на стресс, и работает над изменением и оптимизацией их реакции. «Это позволит нам подготовить растения к новым условиям окружающей среды, возникающим, например, в результате изменения климата.«Если более теплый климат приведет к увеличению популяции жуков, растения могут быть оснащены способностью наносить вред этим нападающим с помощью горьких веществ. «Мы заинтересованы в эффекте преформ жасмоновой кислоты, таких как 12-OPDA, который доступен только в миллиграммах и стоит несколько сотен евро», – говорит Дитц.
«Высокая цена объясняется трудоемкостью производственного процесса, поскольку производство 12-OPDA чрезвычайно сложно и включает в себя многочисленные стадии реакции в классическом химическом процессе», – говорит химик, профессор д-р Харальд Грогер. Он возглавляет рабочую группу по промышленной органической химии и биотехнологии в Билефельдском университете. Вместе с Дитцем он разработал идею производства 12-OPDA (12-оксофитодиеновой кислоты) в качестве предшественника жасмоновой кислоты с помощью эффективного и инновационного метода синтеза.
Оба ученых проводят исследования в Центре биотехнологии (CeBiTec) Университета Билефельда.
В новом методе используется принцип растительных клеток: ферменты используются в качестве растительных катализаторов в форме, оптимизированной для синтетических целей. «Важно, чтобы эти ферменты использовались в правильном соотношении», – говорит Яна Лоу. Она является ведущим автором нового исследования и исследователем в рабочей группе Грогера. Лучшая часть нового метода заключается в том, что если все начальные условия верны, он впоследствии работает сам по себе.
«Как и в случае с растениями, мы используем легкодоступную линоленовую кислоту в сочетании только с тремя ферментативными реакциями», – объясняет Лоу. Линоленовая кислота может быть извлечена, например, из рапсового масла.
Первый фермент включает кислород из воздуха в линоленовую кислоту. Второй фермент впоследствии производит крайне нестабильный промежуточный продукт, который затем превращается в 12-OPDA третьим ферментом.
«Это звучит просто, – говорит Грогер. Однако до сих пор трудность заключалась в чувствительной, короткоживущей промежуточной стадии, создаваемой вторым ферментом. Если сразу не добавить третий фермент, полученные продукты непригодны для использования.’
Lowe решает проблему, используя бактерии в качестве продуцентов ферментов для второй и последней стадии реакции – в сочетании с коммерческим ферментом, полученным из соевых бобов, на первой стадии реакции.
Бактерии (Escherichia coli) были генетически модифицированы для обеспечения двух ферментов в необходимых количествах. «Как только образуется нестабильный промежуточный продукт, необходимый фермент немедленно становится доступным и обеспечивает производство 12-OPDA», – говорит Лоу.
Затем 12-OPDA можно использовать непосредственно в биологических исследованиях или преобразовать в другие вещества, необходимые для экспериментов Дитца, например. Лоу также разработал метод для этого. «Это дает нам библиотеку потомков 12-OPDA для физиологических исследований растений», – говорит Дитц. «При дальнейших реакциях 12-OPDA можно будет даже использовать для эффективного производства метилдигидроджасмоната в будущем», – говорит Грогер. ‘Это вещество требуется в качестве ингредиента многих известных духов.’