Содержание:
Геномные исследования кофе имеют и вполне практическое применение, так как дают возможность идентифицировать гены, помогающие растениям бороться с болезнями, такими как кофейная ржавчина , или способствующие адаптации к изменениям климата.
Кофеин настолько хорош, что природа «изобрела» его дважды. После расшифровки генома растения кофе выяснилось, что растение кофе синтезирует кофеин, используя другие ферменты и, соответственно, другой набор генов по сравнению с теми, что имеются у чайного куста и растения какао.
Кофейные плантации сегодня занимают около 11 млн га и дают свыше 2 млрд чашек ароматного напитка каждый день. Кофе изготавливают из ферментированных, обжаренных и перемолотых ягод растений двух видов – Coffea Canephora(син. Coffea robusta) и Coffea arabica. Соответственно, имеются два сорта кофе – робуста и арабика. Примерно треть производимого в мире кофе изготавливается из робусты, в основном, это марки растворимого кофе, такие как Nescafe. Арабика содержит относительно меньше кофеина, зато она менее кислая и горькая, что делает напиток из нее более вкусным.
Растения кофе научились синтезировать кофеин задолго до того, как люди стали использовать его для борьбы с сонливостью. Вероятно, кофеин давал растениям различные преимущества. Например, они использовали его для защиты: опавшие листья растения кофе, в которых, как известно, содержание кофеина наиболее велико, останавливают рост соседних растений. И напротив: по словам В. Альберта (Университет Буффало, Нью-Йорк) – одного из лидеров международной группы ученых, секвенировавших недавно геном растения кофе, насекомые-опылители, как и люди, питают к кофеину слабость, поэтому раз за разом возвращаются к производящему его растению.
Для секвенирования было выбрано кофейное дерево робуста с более простым, по сравнению с арабикой, геномом. Ученым удалось идентифицировать более 25 тыс. генов, и в первую очередь их внимание привлекли гены, ответственные за производство кофеина. Как известно, кофеин производят не только растения кофе, но и чайный куст, шоколадное дерево, кола, мате и др. Этот алкалоид синтезируется из пуринового нуклеозида ксантозина путем его трехэтапного метилирования с участием ферментов метилтрансфераз. Оказалось, что растение кофе производит кофеин, используя другие трансферазы, чем чайный куст и шоколадное дерево; соответственно, оно имеет и другой набор генов, кодирующих эти ферменты. Этот факт свидетельствует, что способность к синтезу кофеина в процессе эволюции появилась у растений независимо и, по меньшей мере, дважды – у предков растений кофе и у общего предка чайного куста и дерева какао.
Геномные исследования кофе имеют и вполне практическое применение, так как дают возможность идентифицировать гены, помогающие растениям бороться с болезнями, такими как «кофейная ржавчина», или способствующие адаптации к изменениям климата. Кроме того, ведь можно инактивировать гены, отвечающие за «производство» кофеина, и получить экологически безупречный и вкусный «диетический» кофе. Такой напиток востребован кофеманами, которые плохо переносят действие этого психостимулятора. Сейчас кофеин удаляют из кофе с помощью химических процессов, что сопровождается ухудшением вкуса и аромата напитка.
8 сентября 2014 года / Олеся Гребенникова / Рейтинг:
Каждый второй житель планеты в среднем выпивает 26 000 чашек кофе за жизнь. Некоторым просто нравится вкус, а многие чувствуют потребность в бодрящем действии кофеина. Кофеин ― самое употребляемое психоактивное вещество в мире.
Многие получают его из чая, другие пьют мате, который изготавливают в Южной Америке из листьев Падуба парагвайского. Кофеин также содержится в Какао, таким образом можно получить его небольшое количество, полакомившись шоколадкой.
Кофеин ― это лекарство, разработанное не в химической лаборатории, а в результате миллионов лет эволюции растений. Несмотря на огромный интерес к нему, ученые пока мало знают, как и зачем растения его производят.
Новое международное исследование, опубликованное недавно в журнале Science, проливает свет на этот вопрос. Команде ученых удалось расшифровать геном Кофе конголезского, основного источника кофе-бобов. Анализируя гены, исследователи смогли воссоздать биохимический механизм синтеза кофеина.
Растение синтезирует ферменты, расщепляющие предшественник кофеина, ксантозин, и присоединяющие к нему другие молекулы. Они принадлежат к группе метилтрансфераз и участвуют в синтезе многих других веществ, например салициловой кислоты, которые растения используют для борьбы с врагами. Весь процесс может показаться достаточно сложным, однако исследование генов дает его детальную картину.
В ходе эволюции метилтрансферазы претерпели ряд мутаций, которые, в конце концов, дали им способность синтезировать кофеин. Отмечается, что ферменты Какао и Кофе имеют различное происхождение. Другими словами, растения выбрали разные пути развития, чтобы прийти к одному результату, что является примером эволюционной конвергенции.
Кофеин защищает листья от поедания насекомыми-вредителями. Однако, насекомых-опылителей нектар с небольшим содержанием кофеина, напротив, привлекает. Также, опадая, листья Кофе приносят кофеин в почву, что затрудняет размножение и рост других растений вокруг него. Таким образом, растение избавляется от конкурентов за свет, воду и другие ресурсы.
По правде говоря, ученые только начали догадываться, почему некоторые растения производят кофеин. Кофеин классифицируется как вторичное соединение. Это означает, что он не является необходимым для выживания растений. На самом деле есть много видов растений, вырабатывающих кофеин в качестве второстепенного компонента, и очень трудно понять, что же он там делает.
Химически, кофеин это метилксантин. Многие метилксантины используются в качестве пестицидов для людей и растений. Предполагается, что кофеин является ядом для травоядных животных и разных вредителей, и защищает растения. Но так как кофеин является токсичным для растительных клеток, он хранится в специализированных отсеках клеток, называемых вакуолями, которые как аптека держат кофеин надежно заблокированым от остального содержимого клетки до тех пор, пока это необходимо. К сожалению, это означает, что растение не получает возбуждения от собственного кофеина (если конечно растения могут испытывать 'возбуждение'), но это является необходимым компромиссом, если вы хотите содержать в себе токсичные вещества.
Похоже кофеиновым растениям повезло иметь в качестве составных частей такую естественную защиту, но это помогает не от всех противников. Например, кофеин не отравляют людей в дозах, которые нами, как правило, употребляются (даже в понедельник утром), но он вызывает зависимость. Кофеин действует, предотвращая фермент фосфодиэстераз от разрушения сигнального вещества называемого циклическим АМФ (цАМФ) и его близких родственников. Одним из действий гормона стресса адреналина является повышение уровня цАМФ в клетках, таким образом предотвращая клетки от разрушения цАМФ, кофеин усиливает действие адреналина и возбуждает. В еще более высоких дозах и при продолжительном использовании, он может вызывать беспокойство, мышечный тремор, учащенное сердцебиение и серьезные последствия, включая головные боли, неспособность ясно мыслить и плохое настроение.
Кофеиносодержащие растения могут быть в безопасности от некоторых насекомых, животных, бактерий и грибов, но они были вычислены людьми, любящими кайф который он дает им. Не так уж и повезло, как вы думаете? Но есть гипотеза, что растения синтезируют психоактивные соединения для манипулирования людьми. Иными словами, если человеку нужны растения, то он будет культивировать их. Растения могут обрабатываться и служить пищей для человека, но из-за того, что о них лучше заботятся, они смогут производить больше потомства. Если эта гипотеза верна, я думаю, что кофеинопроизводящие растения должны получить международную награду в области человеческой психологии.
Просмотров 52
Поделиться:
Популярное
Сейчас читают
