Cu o producție anuală de peste 700.000 de tone, glifosatul este cel mai utilizat și cel mai mare erbicid din lume. Rezistența la buruieni și potențialele amenințări la adresa mediului ecologic și a sănătății umane cauzate de abuzul de glifosat au atras o mare atenție.
Pe 29 mai, echipa profesorului Guo Ruiting de la Laboratorul Cheie de Stat pentru Biocataliză și Inginerie Enzimatică, înființat în comun de Școala de Științe ale Vieții a Universității Hubei și departamentele provinciale și ministeriale, a publicat cea mai recentă lucrare de cercetare în Journal of Hazardous Materials, analizând prima analiză a ierbii de stabular. Aldo-ceto reductazele AKR4C16 și AKR4C17 derivate din (o buruiană malignă de orez) catalizează mecanismul de reacție al degradării glifosatului și îmbunătățesc considerabil eficiența degradării glifosatului de către AKR4C17 prin modificare moleculară.
Rezistență crescândă la glifosat.
De la introducerea sa în anii 1970, glifosatul a fost popular în întreaga lume și a devenit treptat cel mai ieftin, mai utilizat și mai productiv erbicid cu spectru larg. Acesta provoacă tulburări metabolice la plante, inclusiv la buruieni, prin inhibarea specifică a 5-enolpiruvilșikimat-3-fosfat sintazei (EPSPS), o enzimă cheie implicată în creșterea și metabolismul plantelor, și moartea acestora.
Prin urmare, creșterea culturilor transgenice rezistente la glifosat și utilizarea glifosatului în câmp reprezintă o modalitate importantă de a controla buruienile în agricultura modernă.
Cu toate acestea, odată cu utilizarea și abuzul pe scară largă a glifosatului, zeci de buruieni au evoluat treptat și au dezvoltat o toleranță ridicată la glifosat.
În plus, culturile modificate genetic rezistente la glifosat nu pot descompune glifosatul, ceea ce duce la acumularea și transferul de glifosat în culturi, care se poate răspândi ușor prin lanțul trofic și poate pune în pericol sănătatea umană.
Prin urmare, este urgent să se descopere gene care pot degrada glifosatul, astfel încât să se poată cultiva culturi transgenice cu rezistență ridicată la glifosat și conținut scăzut de reziduuri de glifosat.
Rezolvarea structurii cristaline și a mecanismului de reacție catalitică al enzimelor care degradează glifosatul derivate din plante
În 2019, echipe de cercetare chineze și australiene au identificat pentru prima dată două aldo-ceto reductaze care degradează glifosatul, AKR4C16 și AKR4C17, din iarba de stabula rezistentă la glifosat. Acestea pot folosi NADP+ ca și cofactor pentru a degrada glifosatul în acid aminometilfosfonic netoxic și acid glioxilic.
AKR4C16 și AKR4C17 sunt primele enzime care degradează glifosatul, produse prin evoluția naturală a plantelor, despre care s-a raportat. Pentru a explora în continuare mecanismul molecular al degradării glifosatului, echipa lui Guo Ruiting a utilizat cristalografia cu raze X pentru a analiza relația dintre aceste două enzime și nivelul ridicat de cofactori. Structura complexă a rezoluției a relevat modul de legare al complexului ternar al glifosatului, NADP+ și AKR4C17 și a propus mecanismul de reacție catalitică al degradării glifosatului mediate de AKR4C16 și AKR4C17.
Structura complexului AKR4C17/NADP+/glifosat și mecanismul de reacție al degradării glifosatului.
Modificarea moleculară îmbunătățește eficiența de degradare a glifosatului.
După obținerea modelului structural tridimensional fin al AKR4C17/NADP+/glifosat, echipa profesorului Guo Ruiting a obținut în continuare o proteină mutantă AKR4C17F291D cu o creștere cu 70% a eficienței de degradare a glifosatului prin analiza structurii enzimatice și design rațional.
Analiza activității de degradare a glifosatului a mutanților AKR4C17.
„Lucrarea noastră dezvăluie mecanismul molecular al AKR4C16 și AKR4C17 care catalizează degradarea glifosatului, ceea ce pune o bază importantă pentru modificarea ulterioară a AKR4C16 și AKR4C17 pentru a îmbunătăți eficiența de degradare a glifosatului.” Autorul corespondent al lucrării, profesorul asociat Dai Longhai de la Universitatea Hubei, a declarat că a construit o proteină mutantă AKR4C17F291D cu o eficiență îmbunătățită de degradare a glifosatului, care oferă un instrument important pentru cultivarea culturilor transgenice cu rezistență ridicată la glifosat, cu reziduuri scăzute de glifosat și utilizarea bacteriilor inginerești microbiene pentru a degrada glifosatul în mediu.
Se pare că echipa lui Guo Ruiting este implicată de mult timp în cercetarea analizei structurale și discutarea mecanismelor enzimelor de biodegradare, a sintazelor terpenoide și a proteinelor țintă medicamentoase ale substanțelor toxice și nocive din mediu. Li Hao, cercetătorul asociat Yang Yu și lectorul Hu Yumei, membri ai echipei, sunt coautori principali ai lucrării, iar Guo Ruiting și Dai Longhai sunt autorii corespondenți.
Data publicării: 02 iunie 2022