راز ساخت نیکوتین در تنباکو بعد از دویست سال کشف شد ؛ داستان گلوکز پنهان
پاسخ معمای ساخت نیکوتین سال ها جلوی چشم دانشمندان بود اما کسی آن را نمی دید. حالا بعد از دویست سال ، مکانیسم شگفت انگیز تولید نیکوتین در گیاه تنباکو کشف شده است. داستان از جایی شروع می شود که یک مولکول ساده قند ، نقش دستیار پنهان را بازی می کند.
مقدمه : وقتی پاسخ در مقابل چشمانت است ولی آن را نمی بینی
نیکوتین را دو قرن است می شناسیم. می دانیم چه شکلی است، چطور روی مغز کار می کند، چگونه اعتیاد می آفریند. اما تا همین چند وقت پیش ، هیچ کس نمی دانست یک گیاه ساده چطور آن را می سازد. این معما نه به خاطر پیچیدگی، بلکه به خاطر فرضیات غلط حل نشده بود. گاهی پاسخ در جایی است که هیچ کس فکر نمی کند برود دنبالش.
دو قرن پژوهش به بن بست رسید
از سال ۱۸۲۸ که نیکوتین جداسازی شد ، دانشمندان می دانستند این ماده چیست. اما نمی فهمیدند گیاه چگونه آن را تولید می کند. ساختار نیکوتین ساده است: دو حلقه شیمیایی که به هم متصل شده اند. یک حلقه از اسید نیکوتینیک (شبیه ویتامین ب ۳) و حلقه دیگر از ان-متیل پیرولینیوم ساخته شده است.
برای اتصال این دو حلقه ، یکی باید «فعال» شود. دانشمندان می دانستند دو پروتئین به نام های A622 و BBL در این مرحله دخیل هستند. اما هر بار که می خواستند دقیقا بفهمند این پروتئین ها چه کار می کنند ، آزمایش ها به بن بست می رسید. مشکل کجا بود؟ فرض اشتباه.
سرنخی که هیچ کس انتظارش را نداشت
پژوهشگران تصمیم گرفتند به جای تمرکز فقط روی پروتئین A622 ، به نقشه ژنتیکی اطراف آن نگاه کنند. در گیاهان، ژن هایی که با هم کار می کنند معمولا در کنار هم قرار می گیرند. وقتی نگاه کردند، دو ژن دیگر دیدند:
یکی مربوط به پروتئینی که گلوکز را به مولکول ها متصل می کند.
دیگری مربوط به پروتئینی که گلوکز را جدا می کند.
اگر نیکوتین هیچ گلوکزی در ساختارش ندارد، پس چرا این ژن ها دقیقا کنار ژن های سازنده نیکوتین نشسته اند؟ یک احتمال وجود داشت: گلوکز موقتا وارد فرآیند می شود و بعد خارج می گردد. این فرضیه عجیب بود اما می توانست معمای دویست ساله ساخت نیکوتین را حل کند.
بازسازی مکانیسم ساخت نیکوتین در لوله آزمایش
پژوهشگران کل مسیر تولید نیکوتین را از صفر در محیط آزمایشگاه ساختند. چهار پروتئین نقش مشخصی داشتند:
پروتئین اول : گلوکز را به اسید نیکوتینیک متصل کرد.
پروتئین دوم : این ترکیب جدید را برای واکنش اتصال حلقه ها آماده کرد (فعال سازی با کمک گلوکز).
پروتئین سوم : واکنش را به سمت تولید شکل فضایی صحیح نیکوتین (نوع S) هدایت کرد.
پروتئین چهارم : گلوکز را جدا کرد و نیکوتین خالص آزاد شد.
وقتی این چهار پروتئین را با مواد اولیه درست در یک لوله آزمایش قرار دادند ، نیکوتین تولید شد. حذف هر کدام از این پروتئین ها ، واکنش را متوقف می کرد. همچنین وقتی همین چهار ژن را به سلول های گیاهی که به طور طبیعی نیکوتین نمی ساختند اضافه کردند، آن سلول ها شروع به تولید نیکوتین کردند.
کشف «گلیکوزیلاسیون فعال کننده پنهان»
محققان این فرآیند را گلیکوزیلاسیون فعال کننده پنهان نامیده اند. گلوکز به عنوان یک دستیار پشت صحنه عمل می کند: می آید ، کمک می کند ، و می رود. محصول نینی (نیکوتین) هیچ اثری از گلوکز ندارد. به همین دلیل دویست سال هیچ کسی به دنبال این مکانیسم نگشته بود ، چون فرض می کردند اگر چیزی در محصول نهایی نیست ، پس در مسیر ساخت هم نقشی ندارد.
انعطاف پذیری خط تولید مولکولی تنباکو
جالب تر اینکه همین چهار پروتئین می توانند با مواد اولیه مختلف کار کنند. وقتی پژوهشگران به جای اسید نیکوتینیک ، ترکیب مشابه دیگری استفاده کردند ، همان سامانه ترکیبات طبیعی دیگری تولید کرد که در تنباکو یافت می شوند. این یعنی می توان از این مسیر برای تولید طیف گسترده ای از ترکیبات در محیط آزمایشگاه استفاده کرد.
کاربردهای عملی : از حذف نیکوتین تا تولید دارو
حالا که مکانیسم ساخت نیکوتین کاملا شناخته شده است ، می توان گیاهان تنباکوی دستکاری شده ژنتیکی پرورش داد که:
نیکوتین تولید نکنند (مناسب برای تولید داروهای نوترکیب)
نیکوتین بیشتری تولید کنند (مصارف صنعتی)
انواع خاصی از نیکوتین را بسازند
گونه نیکوتیانا (خانواده تنباکو) هم اکنون در تحقیقات زیستی به عنوان یک سامانه تولید پروتئین های پیچیده استفاده می شود. تنها مشکل قبلی وجود نیکوتین بود که فرآیند خالص سازی را دشوار می کرد. با این کشف ، می توان گیاهانی بدون نیکوتین طراحی کرد.
تردیدهایی که هنوز باقی است
نویسندگان پژوهش صادقانه می گویند که سازوکار دقیق مرحله سوم (هدایت واکنش به سمت شکل فضایی صحیح) هنوز به بررسی بیشتری نیاز دارد. اما همین اعتراف به نقص ، بخشی از صداقت علمی است. حل یک معما معمولا درهای جدیدی را باز می کند.
درس هایی که از این کشف می گیریم
این داستان درباره ساخت نیکوتین در تنباکو ، فراتر از یک پیشرفت علمی است:
فرضیات می توانند راه را ببندند : دویست سال فرض غلط «اگر چیزی در محصول نهایی نیست، در مسیر هم نیست» دانشمندان را گمراه کرد.
سرنخ ها در جاهای غیرمنتظره اند : یک همسایگی ژنی روی نقشه ، دو ژن مرتبط با قند در کنار ژن ساخت نیکوتین.
گاهی باید یک قدم عقب رفت : وقتی آزمایش ها بارها شکست می خورند، به جای تکرار ، باید فرضیه را عوض کرد.
پاسخ همیشه جلوی چشم است : فقط کافی است زاویه دید را تغییر دهی.
جمع بندی : گلوکز دستیار پنهانی که همه چیز را عوض کرد
دویست سال زمان زیادی است برای حل یک معما. اما این زمان نشان می دهد که بعضی چیزها پیچیده تر از آن هستند که به نظر می رسند. نه به خاطر ماهیتشان، بلکه به خاطر زاویه دید ما. گلوکز همیشه آنجا بود ، فقط کسی به دنبالش نمی گشت. حالا که پیدایش کرده اند ، همه چیز فرق می کند.
آیا شما هم کنجکاو شده اید که بدانید چه فرضیات دیگری در زندگی روزمره تان ممکن است مانع دیدن حقایق ساده شود؟ این مقاله را با دوستان خود به اشتراک بگذارید و نظراتتان را برای ما بنویسید.
