Usædvanligt sukker fra cyanobakterier virker som naturligt herbicid

Forskere ved universitetet i Tübingen har opdaget et naturligt stof, der kunne konkurrere med det kontroversielle herbicid glyphosat:et nyopdaget sukkermolekyle syntetiseret ud fra cyanobakterier, der hæmmer væksten af ​​forskellige mikroorganismer og planter, men som er uskadeligt for mennesker og dyr. Den fælles undersøgelse blev ledet af Dr. Klaus Brilisauer, Professor Stephanie Grond (Instituttet for Organisk Kemi) og professor Karl Forchhammer (Interfakultets Institut for Mikrobiologi og Infektionsmedicin). Det blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation på fredag.

Aktive ingredienser til farmaceutisk eller landbrugsmæssig brug stammer ofte fra naturlige stoffer. Disse stoffer kan bestå af komplekse kemiske strukturer, men kan også være relativt simpelt. Opfindsomheden ved sådanne aktive ingredienser ligger ofte i deres enkelhed:Antimetabolitter interagerer med vitale processer i cellen ved at efterligne metaboliske produkter. Dette forstyrrer den biologiske proces, som kan hæmme cellevækst eller endda dræbe cellen.

Kemikere og mikrobiologer ved universitetet i Tübingen opdagede en usædvanlig antimetabolit med en simpel kemisk struktur:et sukkermolekyle med det videnskabelige navn 7-deoxy-sedoheptulose (7dSh). I modsætning til almindelige kulhydrater, som normalt tjener som energikilde til vækst, dette stof hæmmer væksten af ​​planter og mikroorganismer, såsom bakterier og gær. Sukkermolekylet blokerer et nøgleenzym i shikimat-vejen, en metabolisk vej, der kun forekommer i mikroorganismer og planter. Af denne grund, forskerne klassificerer stoffet som uskadeligt for mennesker og dyr, og har allerede demonstreret dette i indledende undersøgelser.

Det sjældne deoxysukker blev isoleret fra kulturer af ferskvandscyanobakterien Synechococcus elongatus, som er i stand til at hæmme væksten af ​​beslægtede bakteriestammer. Mens man søger efter årsagen til denne væksthæmning, videnskabsmænd dechiffrerede strukturen af ​​den naturlige forbindelse. Gennem en nyudviklet metode til fremstilling af 7dSh - en kemoenzymatisk syntese - var forskerne i stand til at udføre omfattende undersøgelser for at bestemme den molekylære mekanisme af 7dSh.

Forskerne brugte koblet højopløsningsmassespektrometri til at opnå præcis indsigt i hæmningsmekanismen og opdagede, at 7dSh blokerer Dehydroquinatesynthase (DHQS), et enzym fra shikimat-vejen. En af de mest kendte hæmmere af denne metaboliske vej til dato er det kontroversielle herbicid glyphosat. "I modsætning til glyphosat, det nyopdagede deoxysukker er et helt naturligt produkt, der menes at have god nedbrydelighed og lav økotoksicitet, " siger Dr. Klaus Brilisauer. Indtil videre, 7dSh hæmmer plantevækst lovende. "Vi ser en glimrende mulighed her for at bruge det som et naturligt herbicid."

Forskere håber på at erstatte kontroversielle herbicider på lang sigt og dermed reducere herbicidmetabolitter, som udgør en sundhedsrisiko. Imidlertid, effektivitet på området, nedbrydelighed i jorden og uskadelighed for husdyr og mennesker ville skulle undersøges yderligere i omfattende langtidsstudier for 7dSh.