Unikke fordøjelsesenzymer opdaget hos kødædende plante
En nyligt offentliggjort undersøgelse foretaget af forskere fra Aarhus Universitet giver den hidtil mest omfattende analyse af protein-sammensætningen i fordøjelsesvæsken hos den kødædende plante Venus-fluefanger, samt en væsentlig bedre viden om fordøjelsen af byttedyr i disse planter. Den store datamængde, som er genereret i studiet, vil kunne danne grundlag for mange nye undersøgelser af kødædende planter og dermed øge vores forståelse af disse fascinerende planter. Desuden vil de unikke fordøjelsesenzymer, der er blevet identificeret ved denne undersøgelse, muligvis kunne inspirere enzymindustrien i deres søgen efter enzymer med nye biokemiske egenskaber.
Den kødædende plante Venus-fluefanger
Venus-fluefanger (Dionaea muscipula) (figur 1) er en af de mest kendte kødædende planter på grund af dens specielle evne til at fange smådyr, især insekter og edderkopper, ved en unik fældefangstsmekanisme. Planten fanger aktivt byttet, som den derefter dræber og fordøjer for at tilegne sig næringsstoffer, da disse planter normalt vokser i egne med næringsfattig jord.
Planten har fascineret både forskere og lægfolk i årevis, og Charles Darwin beskrev planten som "en af de mest fantastiske planter i verden" i sin bog ”Insectivorous Plants” (insektædende planter) fra 1875.
Fangstmekanismen er blevet grundigt undersøgt, men forud for den netop publicerede undersøgelse var viden om fordøjelsesmekanismen begrænset, ikke kun for Venus-fluefanger, men for kødædende planter i det helt taget. Undersøgelsen bidrager bl.a. med en bedre forståelse af kødædende planters udvikling, og de identificerede enzymer kan have industriel interesse.
Identificering af proteiner i fordøjelsesvæsken
Til at identificere og kvantificere proteinerne i fordøjelsesvæsken anvendte forskerne en metode, der kombinerer såkaldte transcriptomics og proteomics (figur 2). Forskerne startede med at udføre en omfattende sekventering af cDNA af blade fra Venus-fluefanger, der blev stimuleret på forskellige måder, såsom fodring med myrer og biller. For proteomics-analyserne blev der udviklet metoder til at undgå forurening af fordøjelsesvæsken med proteiner fra byttedyrene. Efter at have brugt denne kunstige stimuleringsmetode blev fordøjelsesvæsken opsamlet og analyseret med massespektrometri.
De opnåede massespektrometridata blev søgt mod transkriptomerne, og med denne metode blev de proteiner, der fandtes i fordøjelsesvæsken identificeret og kvantificeret. Desuden blev proteinernes funktion bestemt i det omfang, det var muligt. Resultaterne viste, at proteinsammensætningen var meget forskellig fra den, man ser i dyrs fordøjelsesvæsker. Både i hvirveldyr og i den kødædende plante Nepenthes domineres fordøjelsesvæsken af andre grupper af protolytiske enzymer, end det vidste sig at være tilfældet i Venus-fluefanger. Som forventet blev chitinaser, der sandsynligvis fremmer nedbrydningen af det ydre skelet af de fangede insekter, også identificeret.
Størstedelen af de mest talrige proteiner i fordøjelsesvæsken var homologe med proteiner involveret i forsvaret mod patogener i andre planter. Dette kunne tyde på, at evnen til at fordøje et byttedyr er udviklet fra planters evne til at uskadeliggøre patogener.
Den strategiske forskningsalliance NOVENIA
Jan J. Enghilds gruppe fortsætter deres arbejde med Venus-fluefanger planten og har klonet og produceret nogle af de mest dominerende enzymer fra fordøjelsesvæsken. På denne måde håber de på at opnå en bedre forståelse af enzymernes biokemiske egenskaber og fordøjelsesmekanismen på molekylært niveau.
Derudover kan de biokemiske analyser synliggøre egenskaber, der kan udnyttes kommercielt. Dette er af interesse for de industrielle partnere i forskningsalliancen ”Nye enzymer med industriel relevans: specialiserede proteolytiske enzymer til frigivelse af nye bioaktive peptider”(NOVENIA), se www.novenia.dk, som er støttet af Det Strategiske Forskningsråd. I NOVENIA analyserer man forskellige fordøjelsessystemer og marine mikrobielle samfund for bl.a. at identificere proteolytiske enzymer, der vil kunne anvendes i industrien.
Forskningsresultaterne er netop blevet offentliggjort i Molecular and Cellular Proteomics (http://www.mcponline.org).
Projektet er udført i samarbejde med kollegaer ved Syddansk Universitet, Max Planck Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (Potsdam), Heinrich-Heine-Universitaet Duesseldorf, og Universität Würzburg.
Waltraud X. Schulze1, Kristian W. Sanggaard2, Ines Kreuzer3, Anders D. Knudsen2, Felix Bemm3, Ida B. Thogersen2, Andrea Brautigam4, Line R. Thomsen2, Simon Schliesky4, Thomas F. Dyrlund2, Maria Escalante-Perez3, Dirk Becker3, Jorg Schultz3, Henrik Karring5, Andreas Weber4, Peter Hojrup5, Rainer Hedrich3 and Jan J. Enghild2*
1Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology, Germany;
2Aarhus University, Denmark;
3 University of Wuerzburg, Germany;
4 Heinrich Heine University, Germany;
5 University of Southern Denmark, Denmark
*Corresponding author; email: jje@mb.au.dk
Yderligere information
Kristian Wejse Sanggaard
Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
krs@mb.au.dk; 2374 1497
Tekst: Kristian Wejse Sanggard og Lisbeth Heilesen
Oversættelse fra engelsk: Lisbeth Heilesen