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Descubren clave para la producción masiva de compuestos beneficiosos en plantas

Natalia Dudareva ha descubierto los interruptores que controlan la producción de terpenoides en las plantas. Los hallazgos pueden conducir a métodos para aumentar la producción de compuestos que tienen una amplia gama de usos, desde fragancias y aromatizantes hasta biocombustibles y productos farmacéuticos.

Científicos de la Universidad Purdue descubrieron un cambio en las plantas que desactiva la producción de terpenoides, compuestos que juegan un rol en la fisiología de las plantas y que los humanos utilizan en todo, desde fragancias y aromatizantes hasta biocombustibles y productos farmacéuticos. Este descubrimiento podría aplicarse en la modificación y desarrollo de plantas que produzcan altas cantidades de estos compuestos, o incluso, compuestos que no estén naturalmente en la planta.

Los terpenoides se pueden usar para desarrollar suplementos nutricionales, insecticidas naturales y medicamentos que tratan la malaria y el cáncer. El medicamento usado en la quimioterapia, Taxol, que se usa para tratar el cáncer de mama, ovario, pulmón, vejiga y próstata, se deriva de los terpenoides. Pero las plantas a menudo los producen en cantidades tan bajas que extraerlos para tales usos no es práctico.

Los hallazgos, publicados en la revista Nature Plants por Natalia Dudareva, profesora distinguida en el Departamento de Bioquímica e investigadora en el Centro Purdue para Biología Vegetal de la Universidad de Purdue, Laura Henry, reciente graduada de doctorado del laboratorio de Dudareva, y sus colegas de Purdue y el Instituto Salk para Estudios Biológicos, explican cómo las plantas controlan las rutas metabólicas mediante la regulación del conjunto de monofosfatos utilizados para la producción de terpenoides.

Los científicos habían determinado anteriormente cómo las plantas activan la producción de terpenoides, pero tener una comprensión de los interruptores de “encendido” y “apagado” es esencial para el rendimiento de los terpenoides. También descubrieron una restricción oculta en el flujo a través de la vía metabólica de los terpenoides vegetales.

“Este es un conocimiento básico importante que abre nuevos objetivos para la ingeniería de las vías metabólicas de los terpenoides”, dijo Dudareva. “Las plantas ya producen estos compuestos, pero la cantidad es pequeña. Podría haber tomado cientos o miles de plantas para obtener suficiente compuesto como para usarlo como producto farmacéutico. Esto conducirá a formas más rápidas y eficientes de obtener cantidades suficientes de estos productos “.

El Isopentenil fosfato cinasas (IPK) convierte grupos de monofosfatos en difosfatos que pueden convertirse a través de procesos en terpenos. Dudareva y sus colegas determinaron que dos enzimas Nudix son responsables de la desfosforilación: la eliminación de un grupo fosfato para convertir los difosfatos utilizables en el conjunto inerte de monofosfatos.

“Hemos demostrado que IPK y Nudix están trabajando juntos para regular la formación de productos vía corriente abajo”, dijo Henry, que ahora es un químico analítico para Heritage Research Group. “Algunos de estos productos pueden ser tóxicos para las plantas si las plantas producen demasiado. Así es como las plantas regulan su producción”.

El laboratorio de Dudareva ahora está trabajando en métodos para modificar y diseñar vías metabólicas de plantas para aumentar la producción de terpenoides.

“Podría ser que tengamos algunos compuestos que no están naturalmente en una planta, pero podemos poner un gen de interés en ellos para crear los compuestos que queremos o aumentar significativamente su producción”, dijo Dudareva.

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