Många farmaceutiska substanser, färgämnen och smakämnen isoleras idag från växter. Dessa värdefulla substanser biosyntetiseras av en serie av enzymer, som bildar en enzymkomplex för att kunna arbeta tillsammans. Sådana sammansatta enzymkomplex kallas också för metaboloner. Metaboloner underlättar direkt överföring av substrat mellan sekventiella enzymer, så kallad substrat channeling. Substrat channeling förhindrar därmed läckage av toxiska eller labila intermediat och metabol cross-talk.

Enorm industriell och samhällelig utmaning

Att extrahera rena produkter från växter utgör dock en enorm industriell och samhällelig utmaning, eftersom de förkommer i låga koncentrationer och som del av komplexa blandningar med andra, potentiellt toxiska, substanser. Organisk syntes i laboratorium är ibland inte möjligt eller alltför dyrt, och därför har bioteknisk modifiering av mossa och mikroorganismer föreslagits på senare tid. De modifierade mikroorganismer kan då uttrycka biosyntetiska syntesvägar för storskalig produktion av sådana substanser i kontrollerade form till exempel i bioreaktorer. Eftersom endast lite kunskap existerar om de förhållanden som krävs för bygga ihop eller ta isär metaboloner, finns det en risk för frisättning av oönskade intermediat på grund av imperfekt substrat channeling.

Hur växter styr skapandet av metaboloner

Här kommer vi att analysera den mekanism via vilken växter styr skapandet av metaboloner. Vi kommer att använda syntesbiologi och neutronspridning för att kartlägga de lipid-protein interaktioner som kontrollerar skapandet av dhurrin metabolonen. Dhurrin metabolon är en perfekt modellsystem eftersom den är uppbyggt av bara 4 proteiner som kan produceras rekombinant i stor mängd för våra studier. Genom att manipulera sekvensen och konformationen för varje individuellt enzym, och genom att använda selektiv deuterering av lipider och proteiner kommer vi att kartlägga de lipid-protein interaktioner som driver ihopsättandet och isärtagandet av dhurrin metabolonen. Detta kommer att möjliggöra rationell enzym-design för att förbättra organisationen och stabiliteten hos metaboloner i heterologa värdsystem, för att öka produktionen av bioaktiva substanser.