Гліфасат, які штогод вырабляе больш за 700 000 тон, з'яўляецца найбольш шырока выкарыстоўваным і найбуйнейшым гербіцыдам у свеце. Злоўжыванне гліфасатам прыцягнула вялікую ўвагу да праблем, звязаных з устойлівасцю да пустазелля і патэнцыйнымі пагрозамі для навакольнага асяроддзя і здароўя чалавека.
29 мая каманда прафесара Го Руйціна з Дзяржаўнай ключавой лабараторыі біякаталізу і ферментнай інжынерыі, сумесна створанай Школай біялагічных навук Хубэйскага ўніверсітэта і правінцыйнымі і міністэрскімі ведамствамі, апублікавала апошнюю даследчую працу ў часопісе «Journal of Hazardous Materials», у якой прааналізаваны першы аналіз сельскагаспадарчай травы (злаякаснага рысавага пустазелля). Альдо-кетарэдуктазы AKR4C16 і AKR4C17, атрыманыя з сельскагаспадарчай травы (злаякаснага рысавага пустазелля), каталізуюць рэакцыйны механізм дэградацыі гліфасату і значна паляпшаюць эфектыўнасць дэградацыі гліфасату з дапамогай AKR4C17 шляхам малекулярнай мадыфікацыі.
Расце ўстойлівасць да гліфасату.
З моманту свайго з'яўлення ў 1970-х гадах гліфасат карыстаецца папулярнасцю ва ўсім свеце і паступова стаў самым танным, найбольш шырока выкарыстоўваным і найбольш прадуктыўным гербіцыдам шырокага спектру дзеяння. Ён выклікае парушэнні абмену рэчываў у раслін, у тым ліку ў пустазеллях, шляхам спецыфічнага інгібіравання 5-енолпірувілшыкімат-3-фасфатсінтазы (EPSPS), ключавога фермента, які ўдзельнічае ў росце і метабалізме раслін, і гібелі.
Такім чынам, вывядзенне трансгенных культур, устойлівых да гліфасату, і выкарыстанне гліфасату ў полі з'яўляецца важным спосабам барацьбы з пустазеллем у сучаснай сельскай гаспадарцы.
Аднак з-за шырокага выкарыстання і злоўжывання гліфасатам дзясяткі пустазелля паступова эвалюцыянавалі і развілі высокую ўстойлівасць да гліфасату.
Акрамя таго, генетычна мадыфікаваныя культуры, устойлівыя да гліфасату, не могуць раскладаць гліфасат, што прыводзіць да назапашвання і перадачы гліфасату ў сельскагаспадарчых культурах, які можа лёгка распаўсюджвацца па харчовым ланцугу і пагражаць здароўю чалавека.
Таму тэрмінова неабходна выявіць гены, якія могуць раскладаць гліфасат, каб вырошчваць трансгенныя культуры з высокай устойлівасцю да гліфасату і нізкім утрыманнем рэшткаў гліфасату.
Вызначэнне крышталічнай структуры і механізму каталітычнай рэакцыі ферментаў расліннага паходжання, якія расшчапляюць гліфасат
У 2019 годзе кітайскія і аўстралійскія даследчыя групы ўпершыню вызначылі дзве альда-кетарэдуктазы, якія расшчапляюць гліфасат, AKR4C16 і AKR4C17, з устойлівай да гліфасату хляўной травы. Яны могуць выкарыстоўваць NADP+ у якасці кафактара для раскладання гліфасату да нетаксічнай амінаметылфасфонавай кіслаты і гліаксілавай кіслаты.
AKR4C16 і AKR4C17 — першыя апісаныя ферменты, якія расшчапляюць гліфасат, што ўтвараюцца ў выніку натуральнай эвалюцыі раслін. Каб далей даследаваць малекулярны механізм іх расшчаплення гліфасату, каманда Го Руйціна выкарыстала рэнтгенаўскую крышталаграфію для аналізу ўзаемасувязі паміж гэтымі двума ферментамі і кофактарам high. Складаная структура дазволу дазволіла выявіць спосаб звязвання трайнога комплексу гліфасату, NADP+ і AKR4C17 і прапанаваць каталітычны механізм рэакцыі расшчаплення гліфасату, апасродкаванага AKR4C16 і AKR4C17.
Структура комплексу AKR4C17/NADP+/гліфасат і механізм рэакцыі дэградацыі гліфасату.
Малекулярная мадыфікацыя паляпшае эфектыўнасць дэградацыі гліфасату.
Пасля атрымання дакладнай трохмернай структурнай мадэлі AKR4C17/NADP+/гліфасату, каманда прафесара Го Руйціна дадаткова атрымала мутантны бялок AKR4C17F291D з 70% павелічэннем эфектыўнасці дэградацыі гліфасату дзякуючы аналізу структуры ферментаў і рацыянальнаму дызайну.
Аналіз гліфасат-дэградуючай актыўнасці мутантаў AKR4C17.
«Наша праца раскрывае малекулярны механізм каталізу дэградацыі гліфасату AKR4C16 і AKR4C17, што стварае важную аснову для далейшай мадыфікацыі AKR4C16 і AKR4C17 з мэтай павышэння эфектыўнасці дэградацыі гліфасату». Аўтар артыкула, дацэнт Дай Лонгхай з Хубэйскага ўніверсітэта, заявіў, што яны сканструявалі мутантны бялок AKR4C17F291D з палепшанай эфектыўнасцю дэградацыі гліфасату, які з'яўляецца важным інструментам для вырошчвання трансгенных культур з высокай устойлівасцю да гліфасату і нізкім утрыманнем рэшткаў гліфасату і выкарыстання мікробна-інжынерных бактэрый для дэградацыі гліфасату ў навакольным асяроддзі.
Паведамляецца, што каманда Го Руйціна ўжо даўно займаецца даследаваннямі па структурным аналізе і абмеркаванні механізмаў ферментаў біядэградацыі, тэрпеноідных сінтаз і мэтавых бялкоў лекаў таксічных і шкодных рэчываў у навакольным асяроддзі. Лі Хао, намеснік даследчыка Ян Юй і выкладчык Ху Юмэй з'яўляюцца суаўтарамі першай працы, а Го Руйцін і Дай Лонгхай з'яўляюцца суаўтарамі па перапісцы.
Час публікацыі: 02 чэрвеня 2022 г.