Люди обращались к маковому растению, чтобы набрать высоту или облегчить боль на протяжении тысячелетий. И несмотря на все наши другие ошеломляющие фармацевтические успехи, наша зависимость от завода не сильно изменилась; Маки используются для изготовления двух наиболее широко применяемых обезболивающих в мире - морфина и кодеина, а также средства против кашля - носкапина.
Но как появился опийный мак (Папа сомниферум) получить его обезболивающие свойства для начала?
В течение последних нескольких лет группа исследователей из Великобритании, Китая и Австралии изучала этот вопрос, изучая геном опийного мака, чтобы выяснить, как это растение развило свои необычайно мощные и полезные терапевтические свойства. Теперь новое исследование, опубликованное сегодня (30 августа) в журнале Science, подробно описывает большую часть генома опийного мака. В исследовании подчеркивается, когда и как в игру вступили ключевые фармацевтические гены.
Задача была трудной, из-за обилия генетического материала, содержащего несколько повторных секций. Тем не менее, сборка генома была полезна для отслеживания развития опийного мака.
Исследователи обнаружили, что первое важное генетическое событие мака произошло около 110 миллионов лет назад. Это было тогда, когда весь геном или, по крайней мере, очень большие его фрагменты дублировались. Это не является необычным для покрытосеменных растений, категории цветущих растений, которые включают маки. Но дублирование может быть косвенным. Когда организмы имеют двойной генетический материал, одна половина генома может свободно развиваться, а другая половина остается стабильной, говорит соавтор исследования Ян Грэм, профессор биомедицинской генетики в Йоркском университете в Великобритании.
Исследователи обнаружили, что в случае маков этот дополнительный генетический материал эволюционировал одним очень важным способом: более 7,8 миллионов лет назад два гена слились и стали единым геном, ответственным за выработку макфина и кодеина в маке. Этот «мегаген» кодирует фермент, который превращает молекулу-предшественник мака в соединения, которые в конечном итоге превращаются в кодеин и морфин. Без этого маки просто превратили бы ту же самую молекулу-предшественник в состав нозкапина, и растения не были бы обезболивающими.
Для Грэма это одна из самых важных находок в их исследовании. «Действительно приятно знать, как возник этот ген», - сказал он в интервью Live Science.
Исследование показало, что после слияния генов маком снова размножился и потерял несколько кусочков. Но мегаген крайне важен для формирования опиатов. Как и в случае с большинством полезных генов, существует вероятность, что этот ген был случайной мутацией, которая передавалась дальше, потому что он был полезен для растения. Биологам не совсем понятно, почему опийные маки сохранили свои навыки по производству морфина и кодеина, но, скорее всего, потому, что химические вещества отгоняют голодных травоядных, сказал Грэм.
Еще некоторые загадки мака еще предстоит решить. Например, другие ферменты, участвующие в производстве морфина и кодеина, вероятно, появились раньше, чем мегаген 7,8 миллиона лет назад, хотя исследовательская группа точно не знает, когда именно. (Другими словами, мегаген - не единственный игрок, участвующий в производстве обезболивающих препаратов для маков.) Грэм сказал, что он также надеется изучить геномы родственных видов растений, чтобы понять, почему некоторые из них делают или не делают наркотики.
Но на данный момент, чтобы понять, как маки приобрели свои лекарственные качества и как выглядит геном, достаточно, чтобы помочь обезболивающей промышленности, сказал Грэм. (Несмотря на злоупотребление опиоидами, по-прежнему существует потребность в качественных обезболивающих и препаратах для паллиативной помощи, добавил он.) Несмотря на то, что садоводы разработали гиперспецифические штаммы, которые в основном производят опиаты или носкапин, производители опийного мака всегда ищут способы сделать производство более устойчивый и рентабельный, сказал он.
И, как и у любой другой культуры, могут быть генетические модификации, позволяющие макам производить больше фармацевтических веществ, расти быстрее или противостоять инфекции. «Анализ генома предоставляет нам платформу для более эффективного выполнения всего этого», - сказал Грэм.
