S godišnjom proizvodnjom od preko 700.000 tona, glifosat je najrašireniji 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 Fakultet prirodnih znanosti Sveučilišta Hubei i pokrajinski i ministarski odjeli, objavio je najnoviji istraživački rad u Journal of Hazardous Materials, analizirajući prva analiza stajske trave.Aldo-keto reduktaze AKR4C16 i AKR4C17 izvedene iz (zloćudnog neoluštenog korova) kataliziraju reakcijski mehanizam razgradnje glifosata i uvelike poboljšavaju učinkovitost razgradnje glifosata putem AKR4C17 putem molekularne modifikacije.
Rastuća otpornost na glifosat.
Od svog predstavljanja 1970-ih, glifosat je bio popularan u cijelom svijetu, te je postupno postao najjeftiniji, najkorišteniji i najproduktivniji herbicid širokog spektra.Uzrokuje metaboličke poremećaje u biljkama, uključujući korove, specifičnom inhibicijom 5-enolpiruvilšikimat-3-fosfat sintaze (EPSPS), ključnog enzima uključenog u rast i metabolizam biljaka.i smrti.
Stoga je uzgoj transgenih usjeva otpornih na glifosat i korištenje glifosata u polju važan način kontrole korova u modernoj poljoprivredi.
Međutim, uz raširenu upotrebu i zlouporabu glifosata, deseci korova postupno su 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 mogu proširiti hranidbenim lancem i ugroziti zdravlje ljudi.
Stoga je hitno otkriti gene koji mogu razgraditi glifosat, kako bi se kultivirali transgeni usjevi s visokom otpornošću na glifosat s niskim ostacima glifosata.
Rješavanje kristalne strukture i mehanizma katalitičke reakcije enzima biljnog podrijetla koji razgrađuju glifosat
Godine 2019., kineski i australski istraživački timovi identificirali su dvije aldo-keto reduktaze koje razgrađuju glifosat, AKR4C16 i AKR4C17, po prvi put iz stajske trave otporne na glifosat.Oni mogu koristiti NADP+ kao kofaktor za razgradnju glifosata na netoksičnu aminometilfosfonsku kiselinu i glioksilnu kiselinu.
AKR4C16 i AKR4C17 su prvi prijavljeni enzimi koji razgrađuju glifosat proizvedeni prirodnom evolucijom biljaka.Kako bi dalje istražili molekularni mehanizam njihove razgradnje glifosata, tim Guo Ruitinga upotrijebio je rendgensku kristalografiju za analizu odnosa između ova dva enzima i visokog kofaktora.Složena struktura razlučivanja otkrila je način vezanja ternarnog kompleksa glifosata, NADP+ i AKR4C17 i predložila mehanizam katalitičke reakcije razgradnje glifosata posredovane AKR4C16 i AKR4C17.
Struktura kompleksa AKR4C17/NADP+/glifosat i reakcijski mehanizam razgradnje glifosata.
Molekularna modifikacija poboljšava učinkovitost razgradnje glifosata.
Nakon dobivanja finog trodimenzionalnog strukturnog modela AKR4C17/NADP+/glifosata, tim profesora Guo Ruitinga dodatno je dobio mutirani protein AKR4C17F291D sa 70% povećanjem učinkovitosti razgradnje glifosata kroz analizu strukture enzima i racionalni dizajn.
Analiza aktivnosti razgradnje glifosata mutanata AKR4C17.
"Naš rad otkriva molekularni mehanizam AKR4C16 i AKR4C17 koji katalizira razgradnju glifosata, što postavlja važan temelj za daljnju modifikaciju AKR4C16 i AKR4C17 kako bi se poboljšala njihova učinkovitost razgradnje glifosata."Dopisni autor rada, izvanredni profesor Dai Longhai sa Sveučilišta Hubei rekao je da su konstruirali mutirani 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 razgrađuju glifosat u okolišu.
Prijavljeno je da je Guo Ruitingov tim dugo bio angažiran u istraživanju analize strukture i diskusiji o mehanizmima enzima biorazgradnje, terpenoidnih sintaza i ciljnih proteina lijekova otrovnih i štetnih tvari u okolišu.Li Hao, suradnik istraživač Yang Yu i predavač Hu Yumei u timu prvi su autori rada, a Guo Ruiting i Dai Longhai suautori.
Vrijeme objave: 2. lipnja 2022