Khi cây thủy tùng giúp tạo ra hợp chất chống ung thư trở nên khan hiếm, một nghiên cứu của Trung Quốc đã tìm ra giải pháp mới để thay thế. SCMP đưa tin các nhà khoa học Trung Quốc đã giải mã được con đường sinh tổng hợp của một loại thuốc chống ung thư hiếm có trong tự nhiên và lần đầu tiên tái tạo nó trong cây thuốc lá.
Paclitaxel (được bán dưới tên thương mại Taxol) là một hợp chất chống ung thư nổi tiếng. Được phát hiện lần đầu tiên ở cây thủy tùng Thái Bình Dương vào năm 1962, paclitaxel là một loại thuốc chống ung thư được Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) phê chuẩn và dùng để điều trị ung thư vú, ung thư buồng trứng, ung thư phổi. Thuốc sẽ làm xáo trộn sự phân chia của tế bào ung thư và từ đó ngăn chặn sự phát triển của chu kỳ tế bào.
Nhưng bất chấp thành công của paclitaxel trong các ứng dụng lâm sàng, việc thu được nó vẫn cực kỳ khó khăn do hợp chất này chỉ chiếm khoảng 0,004% trong vỏ cây thủy tùng.
Sự khan hiếm đồng nghĩa với việc điều trị cho một bệnh nhân mắc bệnh như ung thư buồng trứng phải cần từ 3 đến 12 cây thủy tùng có tuổi đời hơn một thế kỷ, dẫn đến một lượng lớn cây thủy tùng bị chặt hạ.
Thêm vào đó, cây thủy tùng phát triển rất chậm. Ở Trung Quốc, nơi loài cây này đang trên bờ vực tuyệt chủng, thủy tùng Thái Bình Dương được xếp vào loại quý hiếm và bảo vệ cấp độ 1, ngang hàng với gấu trúc.
Tính hiệu quả và quý hiếm của loại cây này đã dẫn đến nghiên cứu sâu rộng về các phương pháp sản xuất thay thế bền vững hơn, bao gồm bán tổng hợp (semi-synthesis) từ các chất trung gian và nuôi cấy tế bào thực vật có thể làm giảm nhu cầu chặt hạ cây.
Phải mất khoảng 3 đến 12 cây thủy tùng có tuổi đời hơn 3 thế kỷ mới sản xuất được lượng thuốc hóa trị paclitaxel cần thiết để điều trị cho bệnh nhân ung thư buồng trứng. Ảnh: SCMPNhững thách thức liên quan đến cấu trúc hóa học phức tạp của paclitaxel đang được giải quyết nhờ vào sự hiểu biết sâu sắc của 2 giáo sư Trung Quốc.
Giáo sư Yan Jianbin thuộc Viện Di truyền Nông nghiệp (AGIS) thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc (CAAS) và Giáo sư Lei Xiaoguang của Trường Hóa học và Kỹ thuật phân tử tại Đại học Bắc Kinh, đã đề xuất hướng đi mới về con đường tổng hợp paclitaxel.
Cụ thể, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra một con đường sinh tổng hợp nhân tạo cho tiền chất chính của paclitaxel trong cây thuốc lá. Phát hiện của họ được công bố trên tạp chí khoa học Science hôm 25/1 mới đây.
Trong hóa học, tiền chất là hợp chất tham gia phản ứng hóa học tạo ra một hợp chất khác.
Giáo sư Yan chia sẻ: “Các bước phản ứng để sản xuất paclitaxel có thể chia thành 3 quá trình quan trọng, gồm sự hình thành kết cấu cơ bản, sinh tổng hợp chất trung gian có chức năng cao gọi là baccatin III dựa trên kết cấu cơ bản và sự gắn kết của một chuỗi bên”.
Nhóm nghiên cứu đã tìm ra logic hóa học đặc biệt trong quá trình hình thành cấu trúc lõi gọi là “vòng oxetane” và chứng minh rằng quá trình này có thể được thực hiện ở cây thuốc lá.
Sau khi giới thiệu 2 loại enzyme chính, họ có thể cắt giảm số lượng enzyme cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp từ 13 xuống còn 9.
Yan Jianbin (ở giữa) và các thành viên nhóm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tại viện AGIS ở Thâm Quyến, Trung Quốc ngày 26/1/2024. Ảnh: Xinhua NewsĐiều khiến 2 enzyme chính trở nên đặc biệt chính là tính linh hoạt về chức năng của chúng, nghĩa là một enzyme có thể xúc tác cho nhiều phản ứng cùng lúc.
Yan và nhóm của ông kế đó phân tích sâu hơn, cố gắng xác định xem liệu 9 gen đó có hình thành nên con đường quan trọng tạo ra baccatin III hay không.
Kết quả cho thấy baccatin III gần như không thể phát hiện khi thiếu vắng bất kỳ gen nào trong số 9 gen. Từ đó, ông kết luận 9 gen này tạo thành con đường chính trong quá trình sinh tổng hợp baccatin III.
Nghiên cứu mở ra một con đường vượt qua trở ngại trong quá trình sinh tổng hợp tiền chất của paclitaxel. Theo các nhà nghiên cứu, con đường này có thể được đưa vào cây thuốc lá thông qua kỹ thuật chuyển gen, mang đến cơ hội sản xuất trong tương lai.
Ông Yan cho biết trong tương lai, họ sẽ tập trung vào việc làm rõ các trình tự xúc tác cụ thể và tính linh hoạt của 9 enzyme đã xác định, cũng như tìm ra tốc độ quyết định các bước tối ưu hóa kỹ thuật trao đổi chất.
>> Các nhà khoa học Trung Quốc biến than đá thành protein, tạo bước đột phá cho ngành chăn nuôi
