Люди вже тисячі років звертаються до рослини маку, щоб отримати високий рівень або полегшити біль. І незважаючи на всі наші приголомшливі фармацевтичні успіхи, наша залежність від рослини не сильно змінилася; маки використовуються для виготовлення двох найпоширеніших у світі знеболюючих препаратів, морфіну та кодеїну та носкапіну, що пригнічує кашель.
Але як зробила рослина опіумного маку (Papaver somniferum) почати свої знеболюючі властивості для початку?
Команда дослідників Великобританії, Китаю та Австралії останні кілька років займається цим питанням, вивчаючи геном опійного маку, щоб з’ясувати, як ця рослина розвинула свої незвичайно потужні та корисні лікувальні властивості. Тепер, у новому дослідженні, опублікованому сьогодні (30 серпня) у журналі Science, детально описується більшість геному опійного маку. Дослідження підкреслює, коли і як вступили в дію ключові гени, що виробляють фармацевтичну продукцію.
Завдання було складним, завдяки рослині в достатку генетичного матеріалу, який містить кілька повторних розділів. Тим не менш, зібрати геном разом було корисно для відстеження розвитку опійного маку.
Перша важлива генетична подія маку, виявлена дослідниками, відбулася близько 110 мільйонів років тому. Це було тоді, коли весь геном чи, принаймні, дуже великі шматки його дублювались. Це не незвично для покритонасінних рослин, категорії квітучих рослин, що включає маки. Але дублювання може бути наслідковим. Коли організми мають подвійний генетичний матеріал, одна половина геному вільна еволюціонувати, а інша половина залишається стабільною, заявив співавтор дослідження Іан Грехем, професор біомедичної генетики з Університету Йорка у Великобританії.
Що стосується маків, то додатковий генетичний матеріал еволюціонував одним дуже важливим способом, дослідники виявили: Більше 7,8 мільйонів років тому два гени зрослися та стали єдиним геном, відповідальним за виробництво морфіну та кодеїну маку. Цей "мегаген" кодує фермент, який перетворює молекулу маку-попередника в сполуки, які з часом стають кодеїном і морфіном. Без цього маки просто перетворили б ту саму молекулу-попередник у сполуку носкапін, і рослини не були б знеболюючими.
Для Грема це одна з найважливіших знахідок у їхніх дослідженнях. "Це дійсно задоволення, щоб знати, як цей ген виник", - сказав він в Live Science.
Після злиття гена геном маку знову повторився і втратив частинки, показало дослідження. Але мегаген вирішальний фактор для формування опіатів. Як і у більшості корисних генів, шанси полягають у тому, що цей ген був випадковою мутацією, яка продовжувала передаватися, оскільки була корисною рослині. Біологів не зовсім зрозуміло, чому опіумні маки зберігали свої навички вироблення морфіну та кодеїну, але це, мабуть, тому, що хімікати позбавляють голодних травоїдних тварин, сказав Грем.
Деякі інші таємниці з маком теж залишаються вирішеними. Наприклад, інші ферменти, що беруть участь у виробленні морфіну та кодеїну, ймовірно, з'явилися раніше, ніж прихід мегагену 7,8 мільйонів років тому, хоча дослідницька група не знає, коли саме. (Іншими словами, мегаген не єдиний гравець, який бере участь у виробництві знеболюючих маків.) Грем заявив, що також сподівається вивчити геноми споріднених видів рослин, щоб зрозуміти, чому деякі з них роблять наркотики чи не роблять наркотики.
Але наразі висновок про те, як маки набули своїх лікарських якостей, і як виглядає геном, достатньо, щоб допомогти індустрії знеболюючих, сказав Грем. (Незважаючи на зловживання опіоїдами, все ще існує потреба у якісних знеболюючих та паліативних засобах догляду, додав він.) Хоча садівники розробили гіперспецифічні штами, які в основному виробляють опіати або носкапін, виробники опіумного маку завжди шукають способи виробництва Більш стійкий і економічно вигідний, сказав він.
І як і будь-яка інша культура, може бути місце для генетичних модифікацій, щоб змусити маки виробляти більше фармацевтичних препаратів, швидше рости або протистояти інфекції. "Аналіз геному дає нам платформу зробити все це більш ефективно", - сказав Грем.
