Yerba maté

Yerba maté je jedním z nejoblíbenějších kofeinových nápojů na světě. Mezinárodní výzkum vedený Univerzitou v Buenos Aires ve spolupráci s European Molecular Biology Laboratory (EMBL) v Hamburku a dalšími výzkumnými skupinami v Argentině, Brazílii a Spojených státech zmapoval genom rostliny yerba maté. Jejich zjištění poskytuje pohled na biochemii a evoluční historii rostliny. Ukazuje také, že biosyntéza kofeinu se vyvinula nezávisle v yerba maté a kávě, což naznačuje, že kofein je obecně důležitý pro přežití rostlin. Kofein obsahuje více než 60 druhů rostlin a slouží jim zejména proti škůdcům. Mapa genomu yerba maté by mohla připravit cestu k vytvoření nových odrůd yerba maté.

Yerba maté patří k oblíbeným kofeinovým nápojům. Široce se konzumuje v Jižní Americe. Tato pozoruhodná rostlina je bohatá na různé bioaktivní sloučeniny s mnoha zdravotními přínosy. Mezinárodní skupina výzkumníků zmapovala genom yerba maté a získala informace o biosyntéze kofeinu v yerba maté. Tyto nové informace mohou pomoci vytvářet odrůdy rostlin s novými vlastnostmi.

Evoluce kofeinu v yerba maté

Analýza genomu rostliny odhalila překvapivá fakta o biochemii rostliny a její evoluční historii – zejména o vývoji biosyntézy kofeinu. „Zjistil jsem, že předchůdce yerby zduplikoval svůj genom přibližně před 50 miliony let,“ řekl Federico Vignale, první autor studie a postdoktor EMBL Hamburg. „Tato duplikace mohla být klíčová ve vývoji metabolické komplexnosti, což jí umožnilo syntetizovat širokou škálu bioaktivních sloučenin, jako jsou terpeny, flavonoidy, fenoly a xantiny, známé pro své antioxidační, antidiabetické a stimulační vlastnosti pro nervový systém. Ze všech těchto sloučenin se můj zájem soustředil na kofein.“ Kofein je produkován několika nepříbuznými rostlinnými druhy, jako je yerba maté a káva, prostřednictvím podobných metabolických cest pro jeho biosyntézu. Přesto vědci zjistili, že geny zapojené do těchto drah se vyvíjely nezávisle. „Pochopili jsme podrobně, že geny nemají společného předka, ale pocházejí z různých původů, a že jak yerba maté, tak káva došly k biosyntéze kofeinu tím, že se vyvíjely podél konvergentních drah,“ řekl Adrián Turjanski, vedoucí projektu a výzkumník z Ústavu biologické chemie na Fakultě exaktních a přírodních věd, University of Buenos-Aires Aires (IQUIBICEN, UBA-CONICET). Paralelní vývoj syntézy kofeinu v yerba maté a v kávě vedl vědce k podezření, že kofein hraje klíčovou roli pro přežití rostlin a potenciálně funguje jako obranný mechanismus. Prostřednictvím podrobné strukturální, experimentální a bioinformatické analýzy vědci identifikovali, které cesty vedly ke specifičnosti v biosyntéze kofeinu, která se lišila od cesty kávovníku.

Připravujeme cestu pro yerba maté nové generace

Zjištění nejenže odhalila evoluční historii yerba maté, ale mohla by také otevřít příležitosti k pokroku v tom, jak se pěstuje. „Čtením genomu poznáte, jak zasáhnout a upravit rostlinu,“ řekl Turjanski. „Mohlo by se navrhnout, aby byla bohatší na určité vlastnosti, například yerba maté bez kofeinu nebo ta, která je lépe přizpůsobena jiným podmínkám v jiných zemích, a tak rozšířit její pěstování.“ Tým zdůraznil, že právě to byl důvod výzkumu, takže další skupiny, které konkrétně pracují s yerba maté, mohou provádět nové studie a vytvářet nové kmeny, které buď pomohou pěstitelům, nebo uspokojí chutě uživatelů.

Pro Federica Vignale přesahuje kulturní význam yerba maté v Jižní Americe její vědecké hodnoty a proto přikládá tomuto výzkumu hluboce osobní rozměr. „Yerba maté pro mě představuje to nejkrásnější na kultuře mé rodné země, Argentiny: nápoj, který nás spojuje, doprovází a je přítomen v každém okamžiku našeho života,“ řekl.

Spolupráce napříč kontinenty

Projekt byl veden Fakultou exaktních a přírodních věd Univerzity v Buenos Aires ve spolupráci s vědci z EMBL Hamburg, dále z IQUIBICEN-CONICET, Universidad Nacional de Misiones a Universidad Nacional del Nordeste v Argentině; Instituto Tecnológico Vale v Brazílii; a University of Illinois v Urbana-Champaign, Western Michigan University a University of California Davis ve Spojených státech.

K odhalení biosyntetické dráhy kofeinu v yerba maté poskytl EMBL Hamburg klíčové poznatky prostřednictvím strukturálního modelování a molekulárního dokování. Odbornost poskytnutá Federicem Vignale a jeho kolegou Lucasem Defelipem, členy týmu García Alai EMBL Hamburg, hrála v tomto procesu klíčovou roli. První interakce Vignale s EMBL byla prostřednictvím CABANA, projektu provozovaného mezinárodním konsorciem latinskoamerických organizací, a EMBL-EBI. Projekt financovaný fondem UKRI Global Challenges Research Fund se zaměřil na posílení bioinformatických kapacit v Latinské Americe a podpořil výzkum zaměřený na řešení problémů, kterým čelí rozvojové země. Samotný projekt CABANA měl za cíl řešit tři globální výzvy: přenosné nemoci, udržitelnou produkci potravin a ochranu biologické rozmanitosti. Vignale řekl: „Projekt CABANA nejen posílil mé bioinformatické dovednosti, které byly nezbytné pro provedení tohoto výzkumu, ale také poskytl nezbytné finanční prostředky na dokončení studie.“

Botanika

Cesmína paraguayská (latinsky Ilex paraguariensis) je středně velký strom (do 18 metrů), nazývaný Yerba maté. Rostlina pochází z jižní části Ameriky. Tento stálezelený strom kvete v zimě. Jeho květy mají bílou barvu a jsou velmi vonné. Po odkvětu se objevují červené, velmi dekorativní plody. Z cesmíny se vyrábí čaj známý jako Maté. Čaj tradičně používali domorodci a je v současné době jedním z nejdůležitějších hospodářských výrobků v Jižní Americe. Obsahuje velké množství minerálů, vitamínů a antioxidantů (A, B1, B2, B3, B5, C, E, betakaroten, z řad minerálů mangan, hořčík, vápník, železo, fosfor, selen, hliník, draslík, křemík, různé kyseliny, alkaloidy, saponiny, flavonoidy, stopové prvky, asi 20 druhů aminokyselin). Díky vysokému obsahu kofeinu, theobrominu a theofylinu má výrazné stimulační a povzbuzující vlastnosti, avšak bez většiny negativních účinků dostavujících se při pití kávy. Účinky: stimuluje mozek a povzbuzuje, zlepšuje soustředění a pozornost, podporuje funkce srdečního svalu, čistí cévy od aterosklerózy a aterosklerotických plátů, má močopudný (diuretický) účinek, zlepšuje paměť, tlumí bolesti nervů (neuralgie), pomáhá při revmatismu, revmatoidní artritidě, hypercholesterolémii, hubnutí, regulaci hmotnosti, tlumí chuť k jídlu, podporuje imunitu, zvyšuje odolnost organismu na fyzickou zátěž.

EMBL

Evropská laboratoř molekulární biologie je evropská laboratoř biologických věd, poskytuje vedení a koordinaci biologických věd v celé Evropě, školení pro studenty a vědce, řízení vývoje nových technologií a metod v biologických vědách a nabízí nejmodernější výzkumnou infrastrukturu pro širokou škálu experimentálních a datových služeb.

EMBL je mezivládní organizace s 29 členskými státy, jedním přidruženým členem a jedním potenciálním členem. Na našich šesti místech má laboratoře v Barceloně, Grenoblu, Hamburku, Heidelbergu, Hinxtonu u Cambridge a Římě.