Rośliny potrafią walczyć? Naukowcy badają mechanizm wytwarzania przez nie toksycznych substancji. Po co i jak to robią?

Na stronie internetowej wrocławskiej uczelni medycznej poinformowano, że realizowany jest projekt pt. „Regulacja synergistycznej toksyczności roślinnych saponin triterpenowych i białek inaktywujących rybosom”, który jest finansowany przez NCN w kwocie blisko miliona złotych.

Realizuje go zespół prof. Adama Matkowskiego, kierownika Katedry Biologii i Biotechnologii Farmaceutycznej UMW. Badanie zaplanowano na trzy lata. Jest to część międzynarodowego projektu badawczego prowadzonego wspólnie z Zakładem Biologii Farmaceutycznej Freie Universitaet Berlin kierowanym przez prof. Aleksandra Wenga. Wrocławska część ma charakter czysto eksperymentalny. Rezultaty badań naukowców z UMW posłużą ośrodkowi z Niemiec jako baza do sprawdzenia potencjalnych efektów terapeutycznych.

- Rośliny zagrożone atakiem innych organizmów nie mogą uciec ani zmienić miejsca pobytu, gdy znajdą się w niesprzyjających warunkach środowiska. Muszą więc bronić się biernie. Przeciwko roślinożercom, pasożytom czy chorobotwórczym mikroorganizmom mogą chronić się barierami fizycznymi: cierniami, zgrubiałą korą, kutykulą, żywicami itd. Jednak najinteligentniejszą bronią, rozwiniętą w ciągu tysięcy lat koewolucji, są roślinne substancje chemiczne, które czynią ciało rośliny (lub jego części) trującym, niesmacznym, niestrawnym lub odstręczającym - powiedział prof. dr hab. Adam Matkowski.

Dodał, że rośliny lecznicze zostały wybrane przez człowieka z natury jako wykazujące silniejsze od innych działanie fizjologiczne na organizm. One właśnie często produkują wyrafinowane mieszanki substancji, działających na różnorakie mechanizmy w innych organizmach.

Naukowcy UMW tym razem przyglądają się dwóm pospolitym roślinom:

• Gypsophila elegans (łyszczec nadobny, gipsówka letnia – znana np. jako dodatek do bukietów),
• Agrostemma githago (kąkol, niegdyś pospolity chwast, dzisiaj roślina zagrożona, ale również ozdobna).

Obie należą do rodziny goździkowatych, która pod względem obrony chemicznej jest w świecie roślin wyjątkowa. - Stwierdzono bowiem, że wytwarzane przez goździkowate zabójcze mieszanki zawierają z jednej strony drobnocząsteczkowe substancje zwane saponinami, a z drugiej strony rzadkie i specyficzne białka toksyczne, tzw. białka inaktywujące rybosom, zdolne do zabicia komórek innych organizmów poprzez uszkodzenie maszynerii produkcji białek. W ten sposób mogą zabić każdą komórkę - czytamy w komunikacie.

Saponiny obejmują tysiące bardzo zróżnicowanych, a jednocześnie podobnych strukturalnie substancji. Wytwarza je wiele grup roślin. W farmacji wykorzystuje się saponiny jako środki wykrztuśne oraz jako adjuwanty, np. w szczepionkach. Natomiast w tandemie z RIP odkryto je w dużych ilościach tylko w goździkowatych.

- Działając synergistycznie z RIP, saponiny tworzą tzw. dwuskładnikowy układ toksyczny. Ta „współpraca” powoduje wzmocnienie działania toksycznego RIP w stosunku do roślinożernych zwierząt oraz prawdopodobnie także mikroorganizmów. Jest to wyspecjalizowana broń defensywna roślin spokrewnionych z goździkami, która może odgrywać rolę również w ich właściwościach leczniczych – w myśl zasady, że to, co truje, może też leczyć - wyjaśnił prof. Matkowski.

Jak dodał naukowiec, „bardzo niewiele wiadomo o koordynacji produkcji tych dwóch składowych TTS w żywej roślinie”. - Nie wiemy, co powoduje, że te białka pojawiają się w roślinie w takich czy innych proporcjach. Do badań wybraliśmy dwie ciekawe rośliny: łatwą w uprawie i zawierającą duże ilości dobrze poznanych saponin i RIP gipsówkę letnią oraz mniej poznany kąkol, w którym ostatnio odkryto nowy typ białek RIP - powiedział.

W projekcie badacze zajmą się dokładnym profilowaniem białek, ekspresji genów i identyfikacją tych substancji, które w największym stopniu odpowiadają za specyficzne właściwości roślin. Rośliny i ich części muszą być hodowane w laboratorium przy ścisłej kontroli warunków środowiska. To konieczne, by ograniczyć wpływ niekontrolowanych czynników, czego w naturze nie dałoby się uniknąć.

Jednocześnie hodowanym komórkom zostaną zaaplikowane różne substancje o działaniu stymulującym na komórki roślinne. Mogą to na przykład być inaktywowane fragmenty ścian komórkowych bakterii i grzybów oraz cząsteczki sygnałowe używane przez komórki roślinne do zaalarmowania organizmu o ataku patogenów (np. kwas salicylowy, tlenek azotu czy nadtlenek wodoru).

Naukowcy chcą przetestować wpływ tych czynników zarówno na komórki swobodnie rosnące w pożywkach, jak i na hodowane organy rośliny: korzenie i pędy. Na tej podstawie zostanie opracowany system hodowli w laboratorium, w którym będzie można ukierunkować produkcję wybranych składników pod wpływem określonych czynników.

- W ten sposób dowiemy się, jakie wpływy zewnętrzne powodują u rośliny powstawanie skomplikowanych mieszanin substancji obronnych. Będzie to ważne także dla rozwoju udoskonalonych terapii, jak również dla poprawy odporności naturalnej roślin uprawnych" - podkreślił prof. Matkowski.