Itt van az ősz, és itt van újra a C-vitamin szezonja. Az aszkorbátok nagyon hasznosak egészségünk megőrzése szempontjából, a növényekben pedig – egyebek mellett – a környezeti stressz-hatások kivédésében játszanak fontos szerepet. Tóth Szilvia Zita, az MTA SZBK Lendület Molekuláris Fotobioenergetikai Csoport vezetője szerint azonban sok kevésbé ismert funkciójuk is van. Bár még alapkutatásoknál tartanak, de vizsgálataik oda vezethetnek, hogy stressztűrőbb, magasabb vitamintartalmú növényeket lehetne nemesíteni, vagy akár az algaalapú hidrogéntermelés hatékonysága is növelhető lenne általuk.
– Szegeden mi mást is kutathatna az ember, mint a C-vitamint?
– Az én esetemben ez nem Szegeden és Szent-Györgyi Alberttől indult. PhD-tanulmányaimat Genfben végeztem és ott merült fel, hogy a C-vitaminnak (más néven aszkorbátnak) fontos szerepe lehet a fotoszintézisben. Régóta ismert az, hogy a fotoszintézisben a víz szolgáltatja az elektronokat, és kutatási eredményeink alapján sejthető volt, hogy erre az aszkorbát is képes bizonyos stresszhatások alatt. Miután hazaköltöztem Szegedre, ezt sikerült kísérletesen is bizonyítanunk. Közben arra is rájöttem, hogy nagyon sok nyitott és fontos kérdés van még az aszkorbátot illetően. A legtöbb ember az antioxidáns funkcióját ismeri, de rengeteg más szerepe is van, melyekről még keveset tudunk.
– Hogyan kutatják ezeket?
– Kezdetben főleg biofizikai méréseket végeztünk, amelyek előnye, hogy élő növényeken is kivitelezhetők, az életfolyamatokat alig zavarjuk, és elvégzésük viszonylag egyszerű. A molekuláris biológiát is bevetve ma már komplex módon vizsgáljuk nem csak a fotoszintézist, hanem sok más élettani folyamatot is. Kísérleteinket a növénybiológia területén leggyakrabban használt modellnövényen, az Arabidopsis thaliana nevű gyomnövényen végezzük. Lúdfű a magyar neve. Kisméretű, viszonylag igénytelen, rövid az életciklusa, kicsi a genomja is, viszont szinte ugyanazok a biokémiai, élettani folyamatok játszódnak le benne, mint a termesztett növényeinkben. Rengeteg mutánsa létezik, amelyek különböző adatbázisokból megrendelhetők, illetve már 2000-ben megtörtént a teljes genomjának a szekvenálása, így erről a növényről áll rendelkezésünkre a legtöbb, legpontosabb genetikai információ.
A másik általunk használt faj a Chlamydomonas reinhardtii nevű zöldalga. Ez sokban hasonlít a magasabb rendű növényekhez, viszont rendkívül gyorsan nő, így pár nap alatt előállítható a kísérletekhez szükséges algakultúra. Sok mutánsa áll rendelkezésre, valamint mi magunk is állítunk elő transzgénikus vonalakat. További előnye, hogy potenciálisan biotechnológiai célokra is fel lehet használni.
– Sokunk számára meglepő a kijelentés, hogy algákat energiaforrásként lehet használni. De hogyan?
– A zöldalgákat sokféle módon lehet hasznosítani, ami számos előnnyel jár a növénytermesztéshez képest. A nevelésük ugyanis nem igényel mezőgazdasági területet, rendkívül gyors növekedésűek, zárt rendszerben gyakorlatilag elhanyagolható annak a veszélye, hogy a természetbe kikerüljenek, a tápanyagok vagy más, anyagcserét befolyásoló komponensek adagolása pedig gyorsan, pontosan megoldható.
A legegyszerűbb felhasználási mód, ha nagy mennyiségben termelünk algát és ezt a biomasszát feletetjük például halakkal. Az algákat üzemanyagok előállítására is lehet használni, amihez olyan algatörzsek szükségesek, amelyek nagy mennyiségben termelnek biodízel előállítására alkalmas lipideket. Algákkal akár karotinokat is állíttathatunk elő, melyek állati takarmányként hasznosíthatók, vagy tisztítás, izolálás után emberi fogyasztásra, táplálék-kiegészítőnek is kiválóak. A megfelelő algatörzsek kiválasztásával, előállításával ez gazdaságilag is versenyképes lehet a mesterségesen előállított hatóanyagokhoz képest. Vannak olyan törekvések is, hogy komplex biomolekulákat, antitesteket állítsanak elő algákban, amit egyébként iparilag nem, vagy csak igen magas költségekkel lehet megoldani.
Ma már jelentős algatermesztő telepek találhatók többek között az Amerikai Egyesült Államokban, Japánban és Németországban. A telepek lehetnek nyílt medencés vagy zárt rendszerek; ez utóbbi esetben csövekben keringtetik az algákat, amelyek a napfény energiáját, különböző szervetlen tápanyagokat és esetlegesen ipari hulladékként keletkező széndioxidot felhasználva növekednek és szaporodnak.
Mi fedeztük fel, hogy az aszkorbátnak jelentős szerepe van a hidrogéntermelés folyamatában is. Az általunk használt zöldalgafaj jelentős mennyiségű hidrogént képes termelni megfelelő nevelési körülmények között, például ha megvonjuk tőle a ként. Ilyenkor a fotoszintetikus apparátus részben leépül, csökken a termelt oxigén mennyisége és a hidrogenáz enzim mintegy 24 órán belül kifejeződik. Az algák hidrogenáz enzime igen hatékony, viszont a molekuláris oxigénre rendkívül érzékeny, ami az ipari hasznosítás szempontjából nagy hátrány. Jelenleg e probléma megoldásán dolgozunk.
– Vizsgálják a növény belsejében történő szállítási mechanizmusokat is. Mi ennek a jelentősége a tudományban?
– Arra vagyunk kíváncsiak, hogy a C-vitamin hogyan szállítódik a növényen belül. Ugyanis a mitokondriumból, ahol keletkezik, a növényi sejt minden részébe el kell jutnia. A növényekben azonban csak egy aszkorbát-transzporter fehérje ismert, de biztosan több is van, amelyek azonosítása fontos ahhoz, hogy megértsük, hogy az aszkorbát hogyan tudja betölteni a sejten belüli funkcióit.
Az aszkorbát pozitív hatásai miatt ismert, de mint sok minden más, túl nagy mennyiségben ez is káros lehet a sejtfunkciókra. Ez ugyanis egy redox-aktív molekula, amely túl magas koncentrációban akár még a fotoszintetikus apparátust is károsíthatja. Ezért bioszintézisét visszacsatolási mechanizmusok szabályozzák a növényekben, amit tekintetbe kell vennünk, ha például magas C-vitamin-tartalmú fajtákat szeretnénk létrehozni.
A megoldás az lehet, amit egyes magashegységi növények is alkalmaznak. Sok antioxidánsra van szükségük a sejtfunkciók megőrzéséhez, hiszen élőhelyükön szélsőségesen hideg van, erős a napfény és az ultraibolya sugárzás; ezért az aszkorbátot nagy mennyiségben termelik és azt elraktározzák, s szükség esetén felhasználják. Igazából a részletek még nem ismertek, de a mezőgazdasági növényeknél is hasonló stratégia kialakítására lesz majd szükség.
– Lehet cél az emberi fogyasztás?
– Valóban jó lenne, ha lennének magas C-vitamin-tartalmú fajták, hiszen a természetes eredetű vitaminok hasznosulása kedvezőbb és zöldségeket, gyümölcsöket fogyasztani sok más szempontból is előnyösebb, mint vitaminkészítményeket. Ebben a kutatási stádiumban még nem lehet tudni, hogy sikerül-e, de mindenképpen érdekes az irány. A kísérletek tervezésénél természetesen alapvető a GMO-szabályozások figyelembe vétele is. Az emberi célú fogyasztás mellett az is fontos, hogy az optimális C-vitamin-tartalom elérésével a növények stressztűrő képességét is lehetne javítani, illetve a magasabb C-vitamin-tartalmú termények eltarthatósága is jobb.
– Mennyire egyediek az Önök kutatásai itthon és a nagyvilágban?
– Tízezerszámra vannak cikkek az aszkorbát antioxidáns szerepéről. Viszont kevés csoport foglalkozik a bioszintézisével, termelődésének szabályozásával, transzportfolyamataival és egyéb szerepeinek a megértésével. Mi ezeket a kérdéseket komplex módon közelítjük meg, és egyszerre több tudományterület ismereteit felhasználva igyekszünk megválaszolni. Amit végzünk, az ma még alapkutatás, de keressük az alkalmazási lehetőségeket, és a kutatás irányát is úgy szabjuk meg, hogy eredményeink a gyakorlat számára is fontosak legyenek.
TRUPKA ZOLTÁN
2016/46
