Existujú rastliny, ktoré sú uspôsobené na získavanie živín z organickej potravy – zachytenej koristi. Listy týchto rastlín majú na vrchnej strane listovej čepele vzpriamené chĺpky, tzv. tentakuly, ktoré zohrávajú úlohu pri mechanickom uchopení koristi a následnej produkcii tráviacich štiav. Tráviace šťavy tvoria rôzne enzýmy, medzi ktorými sa vyskytujú aj chitinázy, ktoré sa zúčastňujú na rozklade tvrdej schránky hmyzu. Vedci predpokladajú, že chitinázy využívané pri trávení koristi majú vysokú enzýmovú aktivitu a mohli by nájsť využitie v biotechnológiách. Projekt Mäsožravé rastliny – perspektívny zdroj génov pre hydrolytické enzýmy s antifungálnym potenciálom (Carnivorous plants – prospective source of genes for hydrolytic enzymes with antifungal potential) je zameraný na štúdium týchto rastlín.
Realizáciu projektu má na starosti tím odborníkov z Centra biológie rastlín a biodiverzity SAV na čele s Ing. Janou Libantovou, CSc. ako zodpovednou riešiteľkou.
V bežiacom projekte sa vedci zaoberajú druhmi rodu Drosera. „Vo všeobecnosti si chitinázy získali veľkú pozornosť predovšetkým vďaka ich účasti v obrane rastlín voči chitín obsahujúcim patogénom a tiež produkcii chitooligosacharidov s potenciálnymi farmaceutickými aplikáciami. Vo vode rozpustné N-acetyl-chitoligosacharidy (GlcNAc)n s rozličným stupňom polymerizácie boli identifikované ako antimikrobiálne zlúčeniny, imunitu podporujúce látky, nosiče liekov, antioxidanty a ako zlúčeniny s liečivými účinkami na hojenie rán a kontrolujúce obsah cholesterolu v krvi. Nedávno sa zistilo, že špecifické chitínové a chitozanové oligoméry boli označené ako potenciálne nové terapeutiká liečby Alzheimerovej a Parkinsonovej choroby (Ngo et al. 2015). Cieľom tohto projektu je izolácia génov kódujúcich chitinázy, predovšetkým tých, ktoré sú zapojené do procesov trávenia a študovať produkty týchto génov – jednotlivé chitinázy z hľadiska schopnosti štiepiť chitín a potláčať rast fytopatogénnych húb,“ vysvetlila Ing. Jana Libantová, CSc.
V súčasnosti sú riešitelia projektu vo fáze výskumu, kedy z mäsožravých rastlín druhu rosička okrúhlolistá (Drosera rotundifolia L.) izolovali gén pre chitinázu a dokázali v pôvodnom organizme zapojenie tohto génu do procesov trávenia koristi. Následne gén pre chitinázu zaviedli do laboratórneho expresného kmeňa baktérií, v ktorom vyprodukovali dostatočné množstvo proteínu potrebné pre izoláciu v čistej forme pre následné biochemické analýzy.
„V rastlinách sa vyskytuje niekoľko desiatok génov pre chitinázy, pričom tieto sa líšia schopnosťou štiepiť rôzne typy chitínových substrátov, ako aj špecifickou enzýmovou a antifungálnou aktivitou. Iba niektoré z nich dokážu inhibovať rast húb tým, že degradujú chitín v bunkovej stene,“ pripomína zodpovedná riešiteľka.
Po izolácii čistého proteínu vedci najprv zistili, aký typ chitínového substrátu príslušná chitináza štiepi a aké sú optimálne podmienky štiepenia chitínového substrátu. Výsledky ukázali, že izolovaná chitináza štiepi substrát s dlhým chitooligomérnym reťazcom, ale nie jeho krátku verziu, priblížila Ing. Jana Libantová, CSc.
Následne sledovali, ako čistý proteín izolovanej chitinázy dokáže potlačiť rast húb v laboratórnych podmienkach. „Výsledky antifungálnych testov naznačili, že príslušná chitináza má značný potenciál potláčať rast fytopatogénnych húb.“
Realizátorom projektu ešte zostáva preskúmať produkty štiepenia chitínu. Využijú na to tenkovrstvovú chromatografiu. V prípade získania produktov štiepenia s vhodnou dĺžkou chitooligomérov budú aplikovať ďalšie metodické postupy na ich analýzu.
Význam pre základný, ako aj aplikovaný výskum
Ing. Jana Libantová, CSc. ešte dodáva, že výsledky tohto projektu rozširujú poznatky základného, ako aj aplikovaného výskumu. „Pre základný výskum dávajú odpoveď na otázku: Aký typ rastlinných chitináz (s akou génovou štruktúrou) je zapojený do procesov trávenia mäsožravých rastlín. Pre aplikovaný výskum získame týmto projektom odpoveď na otázku: Či by bolo možné využiť daný typ rastlinných chitináz v rastlinných biotechnológiách pri tvorbe plodín odolných voči fytopatogénom, prípadne vo farmaceutickom priemysle.“
Izolácia DNA sekvencií génov a odhaľovanie, do akých bunkových procesov sú jednotlivé gény zapojené, je podľa zodpovednej riešiteľky súčasťou základného výskumu. „V našom výskume sme potvrdili funkciu izolovaného génu pre chitinázu v procesoch trávenia. Popis biochemických a antifungálnych vlastností čistého proteínu dáva odpoveď, či daný gén/proteín má aplikačný potenciál. Ak sa zistí, že má (ako napríklad v našom prípade schopnosť potlačiť rast húb), možno ho využiť v nadväzujúcom aplikačnom výskume, ktorý môže zodpovedať otázku, či prenosom tohto génu do rastlín, prípadne v kombinácii s ďalšími génmi pre proteíny zohrávajúcimi úlohu v obrane rastlín, možno pripraviť poľnohospodárske plodiny odolné voči ochoreniam, zapríčinenými fytopatogénnymi hubami.“
Až keď celý tento reťazec výskumných úloh bude podľa zodpovednej riešiteľky dávať pozitívne výsledky (čo je v prípade výskumu beh na dlhé trate), až vtedy môže priniesť verejnosti hmatateľný osoh v podobe poľnohospodárskych plodín odolnejších voči chorobám. „Podobne, je to aj s testovaním produktov štiepenia chitínu chitinázami mäsožravých rastlín na farmaceutické účely. Základný výskum zriedkakedy prináša efekt v podobe rýchleho využitia v praxi, ale vytvára portfólium znalostí, ktoré sa dajú využívať v nadväzujúcom aplikačnom výskume s priamym dosahom na prax.“
Realizácia projektu sa začala v januári 2017 a trvá do konca tohto roka.
Informácie poskytla: Ing. Jana Libantová, CSc., Centrum biológie rastlín a biodiverzity SAV
Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR
Ilustračné foto: Pixabay.com /etheriel/
Uverejnila: VČ