S godišnjom proizvodnjom od preko 700.000 tona, glifosat je najčešće korišteni i najveći herbicid na svijetu. Otpornost korova i potencijalne prijetnje ekološkom okolišu i ljudskom zdravlju uzrokovane zlouporabom glifosata privukle su veliku pozornost.
Dana 29. svibnja, tim profesora Guo Ruitinga iz Državnog ključnog laboratorija za biokatalizu i enzimsko inženjerstvo, koji su zajednički osnovali Škola prirodnih znanosti Sveučilišta Hubei te pokrajinski i ministarski odjeli, objavio je najnoviji istraživački rad u časopisu Journal of Hazardous Materials, analizirajući prvu analizu trave štale (maligni rižin korov). Aldo-keto reduktaze AKR4C16 i AKR4C17 izvedene iz korova štale (barbare trave) kataliziraju reakcijski mehanizam razgradnje glifosata i uvelike poboljšavaju učinkovitost razgradnje glifosata pomoću AKR4C17 putem molekularne modifikacije.
Rastuća otpornost na glifosat.
Od svog uvođenja 1970-ih, glifosat je popularan u cijelom svijetu i postupno je postao najjeftiniji, najčešće korišteni i najproduktivniji herbicid širokog spektra. Uzrokuje metaboličke poremećaje u biljkama, uključujući korov, specifičnim inhibiranjem 5-enolpiruvilšikimat-3-fosfat sintaze (EPSPS), ključnog enzima uključenog u rast i metabolizam biljaka, te uzrokuje njihovu smrt.
Stoga je uzgoj transgenih usjeva otpornih na glifosat i korištenje glifosata na polju važan način suzbijanja korova u modernoj poljoprivredi.
Međutim, s raširenom upotrebom i zlouporabom glifosata, deseci korova su postupno evoluirali i razvili visoku toleranciju na glifosat.
Osim toga, genetski modificirani usjevi otporni na glifosat ne mogu razgraditi glifosat, što rezultira nakupljanjem i prijenosom glifosata u usjevima, koji se lako može proširiti prehrambenim lancem i ugroziti ljudsko zdravlje.
Stoga je hitno otkriti gene koji mogu razgraditi glifosat, kako bi se uzgajale transgene kulture visoke otpornosti na glifosat s niskim ostacima glifosata.
Razrješavanje kristalne strukture i mehanizma katalitičke reakcije enzima biljnog podrijetla koji razgrađuju glifosat
Kineski i australski istraživački timovi su 2019. godine prvi put identificirali dvije aldo-keto reduktaze koje razgrađuju glifosat, AKR4C16 i AKR4C17, iz trave otporne na glifosat. Mogu koristiti NADP+ kao kofaktor za razgradnju glifosata u netoksičnu aminometilfosfonsku kiselinu i glioksilnu kiselinu.
AKR4C16 i AKR4C17 su prvi zabilježeni enzimi koji razgrađuju glifosat, a nastali su prirodnom evolucijom biljaka. Kako bi dalje istražili molekularni mehanizam njihove razgradnje glifosata, Guo Ruitingov tim koristio je rendgensku kristalografiju za analizu odnosa između ova dva enzima i kofaktora high. Složena struktura rezolucije otkrila je način vezanja ternarnog kompleksa glifosata, NADP+ i AKR4C17 te predložila katalitički mehanizam reakcije razgradnje glifosata posredovane AKR4C16 i AKR4C17.
Struktura kompleksa AKR4C17/NADP+/glifosat i mehanizam reakcije razgradnje glifosata.
Molekularna modifikacija poboljšava učinkovitost razgradnje glifosata.
Nakon što su dobili fini trodimenzionalni strukturni model AKR4C17/NADP+/glifosata, tim profesora Guo Ruitinga dodatno je dobio mutantni protein AKR4C17F291D sa 70%-tnim povećanjem učinkovitosti razgradnje glifosata putem analize enzimske strukture i racionalnog dizajna.
Analiza aktivnosti razgradnje glifosata kod mutanata AKR4C17.
„Naš rad otkriva molekularni mehanizam AKR4C16 i AKR4C17 koji kataliziraju razgradnju glifosata, što postavlja važne temelje za daljnju modifikaciju AKR4C16 i AKR4C17 kako bi se poboljšala njihova učinkovitost razgradnje glifosata.“ Dopisujući autor rada, izvanredni profesor Dai Longhai sa Sveučilišta Hubei, rekao je da su konstruirali mutantni protein AKR4C17F291D s poboljšanom učinkovitošću razgradnje glifosata, koji pruža važan alat za uzgoj transgenih usjeva visoke otpornosti na glifosat s niskim ostacima glifosata i korištenje mikrobnih inženjerskih bakterija za razgradnju glifosata u okolišu.
Izvješćuje se da se Guo Ruitingov tim dugo bavi istraživanjem analize strukture i raspravom o mehanizmima biodegradacijskih enzima, terpenoidnih sintaza i proteina usmjerenih na lijekove toksičnih i štetnih tvari u okolišu. Li Hao, istraživač Yang Yu i predavač Hu Yumei u timu su prvi autori rada, a Guo Ruiting i Dai Longhai su koautori za dopisivanje.
Vrijeme objave: 02.06.2022.