Genoomwinningstechnieken hebben geholpen te verklaren hoe zeekomkommers defensieve chemicaliën produceren waarmee ze vijanden in de duistere diepten kunnen afweren.

Zeekomkommers zijn een delicatesse in Zuid-Azië, waar hun teelt een miljoenenindustrie is. De moleculen die ze produceren om hun ecologische niche op de bodem van de oceaan te verdedigen, worden zeer gewaardeerd om hun geneeskrachtige eigenschappen.

Deze merkwaardige zeedieren produceren een categorie moleculen die bekend staat als triterpenoïde saponinen en die wijdverbreid zijn in planten, maar zeldzaam zijn bij dieren.

Tot nu toe was de vraag hoe ze hun ongebruikelijke vermogen om deze moleculen te produceren ontwikkelden, onverklaard.

Een internationale onderzoekssamenwerking onderzocht het genoom van zeekomkommers en vergeleek ze met die van andere stekelhuidigen, zoals zeesterren en zee-egels.

Analyse toonde aan dat een enzym dat in alle koninkrijken van het leven wordt aangetroffen en dat sterolen maakt, essentieel voor het bouwen van membranen en hormonen, ontbrak in zeekomkommer.

In zeekomkommers was deze sterol-producerende functie omgeleid om twee nieuwe genen in deze enzymfamilie te produceren. Met behulp van moleculaire biologie isoleerden de onderzoekers de genen, brachten ze over naar gist en analyseerden de extracten.

Hieruit bleek dat de genen nieuwe functies hebben gekregen; een van hen maakt een alternatief soort saponine dat de zeekomkommer gebruikt voor zelfverdediging, en de andere produceert moleculen die het schepsel beschermen tegen de giftige effecten van zijn eigen chemicaliën.

Chemische analyse toonde aan dat deze genen die nodig zijn voor de synthese van zelfverdedigingsverbindingen meer tot expressie komen in de buitenste weefsellagen.

De volgende fase van dit onderzoek is om de resterende chemische stappen te vinden die nodig zijn om deze potentieel hoogwaardige chemicaliën te maken, zodat ze goedkoper kunnen worden geproduceerd met behulp van planten of gist en helpen zeekomkommers in hun natuurlijke habitat te behouden.

Saponinen zijn wijdverbreide natuurlijke producten, met meer dan 20.000 gerapporteerd. Ze hebben een breed scala aan toepassingen, traditioneel als een bron van zeep en meer recentelijk als vaccinadjuvantia, schuimmiddelen, antischimmelbehandelingen en emulgatoren.

Veel dieren gebruiken gifstoffen als chemische afweer - meestal verkregen uit voedsel of geproduceerd via symbiotische relaties. Stekelhuidigen daarentegen biosynthetiseren hun toxines zelf.

Professor Anne Osbourn, een groepsleider bij het John Innes Center, en corresponderend auteur van de studie, zei:"Zeekomkommers zijn enorm belangrijk in Azië als een gezondheidsbevorderende voedselbron en voor traditionele medicijnen. Dus als we kunnen begrijpen hoe hun moleculen gemaakt, kunnen we deze hoogwaardige verbindingen maken zonder zeekomkommers te hoeven vermalen. We kunnen ze maken met planten of gist."

Aangeboren immuniteit in zeekomkommers:herbestemming van sterolbiosynthese voor verdediging is inNatuur Chemische Biologie . + Verder verkennen

De zeekomkommercode kraken