Thomas Dalton
0 
4397
1090
Människor har vänt sig till vallmo växten för att få hög eller lindra smärta i tusentals år. Och trots alla våra andra svindlande läkemedelsframsteg har vårt förtroende för växten inte förändrats mycket; vallmo används för att tillverka två av världens mest använda smärtstillande medel, morfin och kodin, och hostaundertryckande noscapin.
Men hur gjorde opium vallmo-växten (Papaver somniferum) få sina smärtlindrande egenskaper till en början?
Ett team av forskare i Storbritannien, Kina och Australien har grävt sig in i denna fråga under de senaste åren och undersökt opiumvalmo-genomet för att ta reda på hur denna växt utvecklade sina ovanligt potenta och användbara terapeutiska egenskaper. Nu, en ny studie, publicerad idag (30 augusti) i tidskriften Science, beskriver majoriteten av opiumsvallmo-genomet. Studien belyser när och hur de viktigaste läkemedelsproducerande generna spelade in. [10 intressanta fakta om Heroin]
Uppgiften var svår, tack vare växtens överflöd av genetiskt material som innehåller flera upprepade sektioner. Ändå var att sammansätta genomet användbart för att spåra opiumvalmans utveckling.
Forskarnas första viktiga vallmo-genetiska händelse ägde rum för cirka 110 miljoner år sedan. Det var när hela genomet, eller åtminstone mycket stora bitar av det, duplicerade. Detta är inte ovanligt för angiosperms, kategorin blommande växter som innehåller vallmo. Men dupliceringen kan vara en följd. När organismer har dubbelt det genetiska materialet är hälften av genomet fritt att utvecklas, medan den andra hälften förblir stabil, säger studiens medförfattare Ian Graham, en biomedicinsk genetikprofessor vid University of York i Storbritannien.
När det gäller vallmo, det extra genetiska materialet utvecklades på ett mycket viktigt sätt, fann forskarna: För mer än 7,8 miljoner år sedan smälte två gener samman och blev den enda genen som var ansvarig för vallmo-morfin och kodinproduktion. Denna "megagen" kodar för ett enzym som omvandlar en prekursor vallmo-molekyl till de föreningar som så småningom blir kodin och morfin. Utan den skulle vallmo bara förvandla samma förstadiemolekyl till sammansatt noscapin, och växterna skulle inte vara smärtstillande.
För Graham är detta en av de viktigaste fynden i deras forskning. "Det är verkligen tillfredsställande att veta hur den genen har uppstått," berättade han .
Efter den genfusionen replikerade vallmo-genomet igen och förlorade några delar, fann studien. Men det megagena som är avgörande för att bilda opiater sticker runt. Liksom med de flesta användbara gener är oddsen att denna gen var en slumpmässig mutation som fortsatte att gå vidare eftersom den var användbar för växten. Det är inte helt tydligt för biologer varför opiumvalmor höll sina morfin- och kodinproducerande färdigheter runt, men det är troligtvis för att kemikalierna avvärjer hungriga växtätare, sade Graham.
Några andra vallmo-mysterier återstår också att lösa. Exempelvis verkade de andra enzymerna som är involverade i att producera morfin och kodin troligen tidigare än megagenes ankomst för 7,8 miljoner år sedan, men forskarteamet vet inte när exakt. (Med andra ord, megagen är inte den enda spelaren som är involverad i smärtstillande produktion i vallmo.) Graham sa att han också hoppas kunna studera genomerna hos besläktade växtarter för att se varför några av dem gör eller inte gör narkotika..
Men för tillfället är det tillräckligt för att dra av hur vallmo fick sina medicinska egenskaper och hur genomet ser ut för att hjälpa smärtstillande industrin, säger Graham. (Trots missbruk av opioider, finns det fortfarande ett behov av kvalitetssmärtstillande medel och läkemedel mot palliativ vård, tillade han.) Trots att trädgårdsodlare har utvecklat hyperspecifika stammar som mest producerar opiater eller noscapin, letar alltid opiumvalmodlare efter sätt att producera. mer hållbart och kostnadseffektivt, sade han.
Och som alla andra grödor kan det finnas utrymme för genetiska modifieringar för att få vallmoerna att producera mer av läkemedlet, växa snabbare eller motstå infektion. "Genomanalys ger oss en plattform för att göra allt detta mer effektivt", sa Graham.