Punatalvion alkaloidien yksisolumassaspektrometria

Abstract

Catharanthus roseus -kasvi eli tavallisemmin tunnettu punatalvio on lääketieteellisesti merkittävä kasvi, sillä se valmistaa syöpälääkkeissä käytettäviä alkaloideja, kuten vinblastiinia ja vinkristiiniä. Alkaloidit ovat kasveissa esiintyviä orgaanisia yhdisteitä, jotka sisältävät typpeä ja niillä on paljon biologisia toimintoja. Vinblastiini ja vinkristiini valmistuvat punatalviossa monimutkaisen biosynteettisen reitin kautta. Biosynteesireitti koostuu neljästä eri vaiheesta, jotka ovat jakautuneet kasvin eri soluihin. Tämä solukohtaisesti jakautuva biosynteesi mahdollistaa monimutkaisen biosynteesireitin tehokkaan toteutumisen. Esiasteet vindoliini ja katarantiini dimerisoituvat vakuolissa muodostaen anhydrovinblastiinia. Tästä muokataan monien välivaiheiden kautta vinblastiinia ja vinkristiiniä. Solukohtaisesti jakautuva biosynteesi tekee sen tutkimisesta haastavaa, joten vaiheiden seuraamiseen soveltuu hyvin hiljattain kehitetty uusi tutkimusmenetelmä, yksisolumassaspektrometria (single-cell mass spectrometry, scMS). ScMS on moderni analyysimenetelmä, joka mahdollistaa molekyylien havaitsemisen, tunnistamisen ja kvantifioinnin yksittäisistä soluista. ScMS-menetelmässä yhdistetään yksisolunäytteenotto ja massaspektrometrinen analyysi. Näytteenotto suoritetaan usein pintakäsitellyillä mikroneuloilla. ScMSmenetelmän avulla saadaan erittäin tarkkaa tietoa kasvien luonnontuotteiden biosynteesin jakautumisesta solukohtaisella resoluutiolla. Yksisolutasolla voidaan tutkia sekä biosynteettisiä välituotteita että lopullisia tuotteita. Menetelmällä on edelleen merkittäviä haasteita, jotka rajoittavat sen laajamittaista käyttöä. Haasteisiin kuuluvat näytteenoton tekniset vaikeudet, metaboliittien alhainen pitoisuus, datan analysoinnin haasteet sekä teknologian korkeat kustannukset ja monimutkaisuus. Menetelmän tekninen monimutkaisuus, korkeat kustannukset ja standardoinnin puute voivat heikentää mittausten toistettavuutta ja vertailtavuutta eri tutkimusten välillä. ScMS mahdollistaa tulevaisuudessa lupaavan lähestymistavan syöpälääkkeiden tuotannon optimointiin, sillä menetelmän avulla voidaan tutkia biosynteesireittiä ja tehostaa biosynteesiä esimerkiksi mikrobiperäisten tuotantojärjestelmien avulla. Lisäksi scMS tulee tulevaisuudessa olemaan yhä enemmän käytössä yhdessä muiden yksisolutekniikoiden, kuten yksisolugenomiikan, -transkriptomiikan ja -proteomiikan kanssa. Tämä mahdollistaa vielä monipuolisemman solukohtaisen analyysin.