Forskare vid universitetet i Tübingen har upptäckt ett naturligt ämne som skulle kunna konkurrera med den kontroversiella herbiciden glyfosat:en nyupptäckt sockermolekyl syntetiserad från cyanobakterier som hämmar tillväxten av olika mikroorganismer och växter men är ofarlig för människor och djur. Den gemensamma studien leddes av Dr. Klaus Brilisauer, Professor Stephanie Grond (Institutet för organisk kemi) och professor Karl Forchhammer (Interfakultetsinstitutet för mikrobiologi och infektionsmedicin). Det publicerades i tidskriften Naturkommunikation på fredag.

Aktiva ingredienser för läkemedels- eller jordbruksbruk kommer ofta från naturliga ämnen. Dessa ämnen kan bestå av komplexa kemiska strukturer, men kan också vara relativt enkelt. Uppfinnigheten hos sådana aktiva ingredienser ligger ofta i deras enkelhet:Antimetaboliter interagerar med vitala processer i cellen genom att efterlikna metaboliska produkter. Detta stör den biologiska processen, som kan hämma celltillväxt eller till och med döda cellen.

Kemister och mikrobiologer vid universitetet i Tübingen upptäckte en ovanlig antimetabolit med en enkel kemisk struktur:en sockermolekyl med det vetenskapliga namnet 7-deoxi-sedoheptulose (7dSh). Till skillnad från vanliga kolhydrater, som vanligtvis fungerar som en energikälla för tillväxt, detta ämne hämmar tillväxten av växter och mikroorganismer, såsom bakterier och jästsvampar. Sockermolekylen blockerar ett nyckelenzym i shikimatvägen, en metabolisk väg som endast förekommer i mikroorganismer och växter. Av denna anledning, forskarna klassar ämnet som ofarligt för människor och djur, och har redan visat detta i inledande studier.

Det sällsynta deoxisockret isolerades från kulturer av sötvattenscyanobakterien Synechococcus elongatus, som kan hämma tillväxten av relaterade bakteriestammar. När man letar efter orsaken till denna tillväxthämning, forskare dechiffrerade strukturen hos den naturliga föreningen. Genom en nyutvecklad metod för produktion av 7dSh – en kemoenzymatisk syntes – kunde forskarna genomföra omfattande studier för att fastställa 7dShs molekylära mekanism.

Forskarna använde kopplad högupplöst masspektrometri för att få exakta insikter i hämningsmekanismen och upptäckte att 7dSh blockerar Dehydrokinatesyntas (DHQS), ett enzym från shikimatvägen. En av de mest kända hämmarna av denna metabola väg hittills är den kontroversiella herbiciden glyfosat. "I motsats till glyfosat, det nyupptäckta deoxisockret är en helt naturlig produkt som tros ha god nedbrytbarhet och låg ekotoxicitet, " säger Dr. Klaus Brilisauer. Hittills, 7dSh hämmar växttillväxten lovande. "Vi ser en utmärkt möjlighet här att använda det som en naturlig ogräsmedel."

Forskare hoppas kunna ersätta kontroversiella herbicider på lång sikt och på så sätt minska herbicidmetaboliter, som utgör en hälsorisk. Dock, effektivitet på fältet, nedbrytbarhet i marken och ofarlighet för boskap och människor skulle behöva undersökas ytterligare i omfattande långtidsstudier för 7dSh.