Trung tâm John Innes và Đại học Stanford đã hợp lực thành lập một nhóm nghiên cứu và sử dụng các kỹ thuật đột phá để khám phá ra cách sinh tổng hợp các phân tử có giá trị này. Những phân tử này được tạo ra bởi các họ thực vật cụ thể, bao gồm cây gụ và cây có múi.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các công cụ bộ gen để lập bản đồ bộ gen của Chinaberry (Melia azedarach), một loài gỗ gụ và kết hợp điều này với phân tích phân tử để phát hiện ra các enzym trong quá trình sinh tổng hợp.

Cấu trúc của chúng quá phức tạp để tạo ra một cách hiệu quả bằng phương pháp tổng hợp hóa học. Với kiến thức về cách sinh tổng hợp, giờ đây có thể sử dụng một sinh vật chủ để sản xuất các hợp chất này.

Được trang bị cách sinh tổng hợp hoàn chỉnh, các nhà nghiên cứu giờ đây có thể sản xuất các chất hóa học trong các cây ký chủ thường được sử dụng như Nicotiana benthamiana. Phương pháp này có thể tạo ra số lượng limonoid lớn hơn theo cách bền vững hơn.

Tăng nguồn cung cấp limonoids có thể cho phép sử dụng rộng rãi hơn azadirachtin, limonoid chống côn trùng thu được từ cây neem và được sử dụng trong bảo vệ cây trồng thương mại và truyền thống. Azadirachtin là một lựa chọn hiệu quả, phân hủy nhanh, thân thiện với ong để bảo vệ mùa màng nhưng không được sử dụng rộng rãi do nguồn cung hạn chế.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra hai loại limonoid tương đối đơn giản, azadirone từ Chinaberry và kihadalactone A từ cam quýt, và các phương pháp được sử dụng ở đây hiện có thể được áp dụng làm khuôn mẫu để tạo ra các triterpen phức tạp hơn.

Một ví dụ khác về limonoid có giá trị cao mà nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ tạo ra là ứng cử viên thuốc chống ung thư nimbolide, công trình này có thể cho phép tiếp cận dễ dàng hơn với các limonoid như nimbolide để có thể nghiên cứu thêm. Cùng với việc sản xuất các sản phẩm đã biết như nimbolide, nhóm nghiên cứu cho biết cánh cửa có thể mở ra để tìm hiểu các hoạt động mới của limonoids chưa được nghiên cứu.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các công cụ bộ gen để lắp ráp bộ gen cấp độ nhiễm sắc thể cho Chinaberry (Melia azedarach), trong đó họ tìm thấy các gen mã hóa 10 enzyme bổ sung cần thiết để tạo ra tiền chất azadirachtin, azadirone. Đồng thời, nhóm làm việc tại Stanford đã có thể tìm thấy 12 enzyme bổ sung cần thiết để tạo ra khidalactone A.

Việc biểu hiện các enzym này trong N. benthamiana đã cho phép xác định đặc tính của chúng, với sự trợ giúp của cả sắc ký lỏng–khối phổ (LC-MS) và Quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), công nghệ cho phép phân tích mẫu ở cấp độ phân tử.