Joseph Norman
0 
3097
424
Ludzie od tysięcy lat zwracają się do maku, aby uzyskać haj lub złagodzić ból. I pomimo wszystkich innych naszych oszałamiających postępów w branży farmaceutycznej, nasze uzależnienie od tej rośliny niewiele się zmieniło; mak jest używany do produkcji dwóch najczęściej stosowanych na świecie środków przeciwbólowych, morfiny i kodeiny oraz noskapiny hamującej kaszel.
Ale w jaki sposób roślina maku lekarskiego (Papaver somniferum) na początku uzyskują właściwości przeciwbólowe?
Zespół naukowców z Wielkiej Brytanii, Chin i Australii od kilku lat zgłębia tę kwestię, badając genom maku lekarskiego, aby dowiedzieć się, w jaki sposób roślina ta rozwinęła swoje niezwykle silne i przydatne właściwości terapeutyczne. Teraz, nowe badanie, opublikowane dzisiaj (30 sierpnia) w czasopiśmie Science, szczegółowo opisuje większość genomu maku lekarskiego. Badanie podkreśla, kiedy i jak w grę wchodziły kluczowe geny odpowiedzialne za produkcję leków. [10 interesujących faktów na temat heroiny]
Zadanie było trudne ze względu na bogactwo materiału genetycznego rośliny, składającego się z kilku powtarzających się sekcji. Mimo to złożenie genomu w całość było pomocne w śledzeniu rozwoju maku lekarskiego.
Naukowcy odkryli, że pierwsze ważne zdarzenie genetyczne maku miało miejsce około 110 milionów lat temu. Wtedy zduplikował się cały genom, a przynajmniej jego bardzo duże fragmenty. Nie jest to niezwykłe w przypadku okrytozalążkowych, kategorii roślin kwitnących, która obejmuje mak. Ale powielanie może mieć konsekwencje. Kiedy organizmy mają podwojony materiał genetyczny, jedna połowa genomu może ewoluować, podczas gdy druga połowa pozostaje stabilna, powiedział współautor badania Ian Graham, profesor genetyki biomedycznej na University of York w Wielkiej Brytanii..
W przypadku maku ten dodatkowy materiał genetyczny wyewoluował w jeden bardzo ważny sposób, naukowcy odkryli: ponad 7,8 miliona lat temu dwa geny połączyły się i stały się jednym genem odpowiedzialnym za produkcję morfiny i kodeiny maku. Ten „megagen” koduje enzym, który przekształca prekursorową cząsteczkę maku w związki, które ostatecznie stają się kodeiną i morfiną. Bez tego maki po prostu przekształciłyby tę samą cząsteczkę prekursora w noskapinę, a rośliny nie byłyby środkami przeciwbólowymi.
Dla Grahama jest to jedno z najważniejszych odkryć w ich badaniach. „To naprawdę satysfakcjonujące wiedzieć, jak powstał ten gen” - powiedział .
Badanie wykazało, że po fuzji genów maku ponownie się replikował i stracił kilka kawałków. Ale megagena kluczowa do tworzenia opiatów utknęła w pobliżu. Podobnie jak w przypadku większości użytecznych genów, istnieje prawdopodobieństwo, że gen ten był przypadkową mutacją, która była przekazywana dalej, ponieważ był przydatny dla rośliny. Dla biologów nie jest do końca jasne, dlaczego mak opium zachował swoje zdolności do produkcji morfiny i kodeiny, ale prawdopodobnie dlatego, że chemikalia odpędzają głodnych roślinożerców, powiedział Graham..
Do rozwiązania pozostają też inne makowe tajemnice. Na przykład inne enzymy zaangażowane w produkcję morfiny i kodeiny prawdopodobnie pojawiły się wcześniej niż pojawienie się megagenu 7,8 miliona lat temu, chociaż zespół badawczy nie wie dokładnie, kiedy. (Innymi słowy, megagena nie jest jedynym graczem zaangażowanym w produkcję środków przeciwbólowych u maków). Graham powiedział, że ma również nadzieję na zbadanie genomów pokrewnych gatunków roślin, aby zobaczyć, dlaczego niektóre z nich wytwarzają narkotyki lub nie..
Jednak na razie ustalenie, w jaki sposób mak uzyskał właściwości lecznicze i jak wygląda genom, wystarczy, aby pomóc branży leków przeciwbólowych, powiedział Graham. (Pomimo nadużywania opioidów, nadal istnieje zapotrzebowanie na wysokiej jakości środki przeciwbólowe i leki paliatywne, dodał.) Mimo że ogrodnicy opracowali hiper-specyficzne szczepy, które głównie produkują opiaty lub noskapinę, hodowcy maku lekarskiego zawsze szukają sposobów na produkcję bardziej zrównoważony i opłacalny, powiedział.
I jak w przypadku każdej innej uprawy, może być miejsce na modyfikacje genetyczne, dzięki którym mak będzie wytwarzał więcej środków farmaceutycznych, szybciej się rozwijał lub był odporny na infekcje. „Analiza genomu zapewnia nam platformę, dzięki której możemy zrobić to wszystko skuteczniej” - powiedział Graham.