Расшифрован ключевой механизм синтеза морфина в маке

Исследователи из Университета Калгари обнаружили уникальные гены, которые позволяют опийному маку производить кодеин и морфин. Это открывает возможности для альтернативных методов производства этих эффективных обезболивающих — либо путем их лабораторного синтеза, либо путем контроля их выработки в самом растении.

«Ферменты, кодируемые этими двумя генами, ускользали от биохимиков растений в течение полувека», — говорит Питер Факини, профессор кафедры биологических наук. «Обнаружив не только ферменты, но и гены, мы сделали большой шаг вперед. Это эквивалентно открытию гена, участвующего в развитии рака или других генетических заболеваний».

Результаты исследования будут опубликованы в статье «Диоксигеназы катализируют стадии O-деметилирования биосинтеза морфина в опийном маке» в онлайн-версии журнала Nature Chemical Biology 14 марта.

Кодеин является самым широко используемым опиатом в мире и одним из наиболее распространенных обезболивающих. Хотя кодеин можно экстрагировать напрямую из растения, большая его часть синтезируется из гораздо более обильного морфина, содержащегося в маке. Кодеин превращается ферментом в печени в морфин, который является активным анальгетиком и естественным соединением в организме человека. Канадцы тратят более 100 миллионов долларов в год на фармацевтические продукты, содержащие кодеин, и входят в число крупнейших потребителей этого препарата на душу населения в мире. Несмотря на это, Канада импортирует все свои опиаты из других стран.

«Благодаря этому открытию мы потенциально можем создавать растения, которые остановят производство на стадии кодеина. Мы также работаем над более эффективным и экономичным синтезом кодеина и других опиатных препаратов в контролируемых биотехнологических установках», — говорит Факини. «Наше открытие теперь делает возможным использование микроорганизмов для производства опиатных препаратов и других важных фармацевтических средств». Одним из следующих шагов для исследовательской группы является использование гена кодеина для производства фармацевтических препаратов в дрожжах или бактериях.

Джиллиан Хейгел, научный сотрудник постдокторантуры в лаборатории Факини, получила задание найти эти ключевые гены в рамках своей докторской диссертации. Ей удалось это сделать с помощью передовых методов геномики, которые помогли ей отсортировать до 23 000 различных генов и в конечном итоге найти ген под названием кодеин-O-деметилаза (CODM), который производит растительный фермент, превращающий кодеин в морфин.

«Это был захватывающий день», — говорит Хейгел о моменте открытия. «Мы нашли недостающие части, которые были необходимы, чтобы понять, как опийный мак производит морфин».

Факини добавляет: «Эволюция этих двух генов в одном виде растений оказала огромное влияние на человечество за последние несколько тысяч лет. Наше открытие позволяет использовать эту уникальную генетическую мощь многими важными способами».