Forskare från en internationell grupp ledd av RIKEN Cluster for Pioneering Research i Japan har utvecklat ett enkelt sätt att övervaka nivån av eten, ett viktigt hormon, i växter. Eten är involverat i många processer i växter, som att frukter mognar och att löv tappas på hösten. Detekteringen gjordes av ett artificiellt metalloenzym, vilket betyder ett protein – i detta fall albumin – som omsluter en metall som fungerar som en katalysator.

Metalloenzymer är mycket vanliga i naturen, fungerar på platser som blodet, där järnatomer i hemoglobin hjälper till att transportera syre, eller i växtkloroplaster, där manganatomer hjälper fotosyntesen. Proteinerna tillåter metallkatalysatorerna att passera genom kroppen in i vävnaderna där de behövs utan att "släckas" av antioxidanter som glutation. Kemisk "design" tillåter nu mänskliga forskare att designa artificiella metalloenzymer, modellerad efter naturliga molekyler, men som utför funktioner som inte finns i naturen.

För den aktuella studien, publiceras i Naturkommunikation , medförfattarna Kenward Vong och Shohei Eda från RIKEN CPR bestämde sig för att fokusera sitt arbete på en biosensor för att detektera etylengas. Etengas är ett av de tre huvudsakliga hormonerna som växter använder. Det är känt att vara involverat både i utvecklingen av växter, såsom fruktmognad, tappar löv innan vintern, och växa nya löv, och som svar på påfrestningar som predation och torka. Av denna anledning, Eten appliceras vanligtvis på fruktplantor för att uppmuntra frukterna att mogna.

De designade en molekyl som innehöll en albuminställning som används för att hålla en ruteniumkatalysator, utformad på ett sådant sätt att den skulle bli fluorescerande i närvaro av eten. De testade metalloenzymet på olika frukter och grönsaker, och de fann att den kunde upptäcka närvaron av eten i frukter när de mognar. Till skillnad från tidigare biosensorer av eten, dock, den kunde visa fördelningen av eten över frukten, tillhandahålla en detaljerad rumslig och tidsmässig karta över hur eten sprids. Gruppen använde sedan en experimentell växtmodell, Arabidopsis thaliana, att undersöka frisättningen av eten som svar på påfrestningar som patogener, och de fann att bioanalysen kunde exakt detektera närvaron av eten.

Enligt Katsunori Tanaka, ledaren för forskargruppen, "Vårt arbete har två viktiga implikationer. Den ena är inom området artificiella metalloenzymer, där vi har kunnat använda en naturprincip för att producera något som inte finns i naturen. Och för det andra, vårt arbete kommer att bidra till att förstå hur eten produceras i växter, eftersom vi kan mäta koncentrationen av eten när det fortfarande finns i cellerna."

Gruppen planerar att fortsätta arbetet med att förbättra systemet, till exempel genom att göra dess reaktivitet snabbare så att den kan mäta eten innan den övergår till gas, och att förbättra dess förmåga att komma in i celler snarare än att stanna kvar i den extracellulära miljön.