Китайски генетици създадоха тютюневи растения, които произвеждат кокаин

Кокаинът е наркотик, който се извлича от листата на растението кока. В същото време наборът от химични реакции, чрез които растението го произвежда, все още беше неизвестен. Екип от китайски учени от Института по ботаника в Кунмин е успял да определи последните стъпки в биосинтеза на кокаин – помогнали им други „природни производители“ на наркотици, тютюневите растения. Статията на учените е публикувана в Journal of the American Chemical Society.

Още в далечното минало жителите на Южна Америка са открили, че растенията от рода Erythroxylum произвеждат алкалоиди, които имат стимулиращ и наркотичен ефект. Ключът към тези вещества, кокаинът, е изолиран от учени в средата на XIX век. Дълго време той се използва широко като медицинско средство и стимулант, но поради пристрастяване и други негативни ефекти върху здравето е добавен към списъка на забранените вещества и става нелегален.

Днес кокаинът се произвежда законно в ограничени количества и под контрол изключително за медицински и научни цели. Съществуват методи, които позволяват синтезиране на веществото и, разбира се, извличането му от листата на кокаиновия храст. Пътят на образуване на кокаин в самите растения обаче досега не беше напълно определен. По-рано е проследен до междинно съединение, 4-(1-метил-2-пиролидинил)-3-оксобутанова киселина (MPOA) MPOA, но последните стъпки, включени в превръщането на MPOA в кокаин, бяха неясни. Едва сега те са изяснени.

На финалните етапи молекулите на MPOA трябва да преминат през реакциите на метилиране и окислителна циклизация. Затова учените, ръководени от Шенг-Сионг Хуанг, изследвали ДНК на кокаиновия храст, за да определят местата, които кодират белтъци, катализиращи съответните реакции: метилази и оксидази. Те пренесли най-обещаващите гени в Nicotiana benthamiana, популярен моделен организъм за изучаване на физиологията на растенията.

Оценявайки производителността на различни двойки ензими, авторите заключават, че най-ефективната комбинация е EnCYP81AN15 оксидаза и EnMT4 метилаза. Под действието на първия белтък MPOA се циклизира, под действието на втория присъединява метилова група, което води до появата на кокаин. Листата на такъв ГМО тютюн съдържат до 400 нанограма от наркотика на милиграм изсушена маса, което е по-малко от пет процента от това, което се съдържа в листата на кокаиновия храст.

Сега, след като пълният път за биосинтез на кокаина е установен, съответните гени може да се пренесат в бактерии, за да се получи веществото в количествата, необходими за медицината и науката. В същото време учените подчертават, че работата им няма да донесе никаква полза на нелегалния наркобизнес. Според изследователите производството на кокаин по традиционния начин, от листата на кока, е много по-лесно и по-евтино, а ГМО бактериите едва ли са привлекателни за наркокартелите.