Сложная биохимия, благодаря которой растения коки производят кокаин, была воспроизведена в родственном растении табака. Воссоздание такого процесса путем модификации других растений или микроорганизмов может привести к созданию способа производства стимулятора или получения химически подобных соединений с уникальными свойствами.

Реконструкция кокаина de novo была осуществлена в N. benthamiana с помощью двух вновь выявленных генов, а также четырех уже известных.

Биохимики уже более ста лет пытаются выяснить, как растение кока производит кокаин, как из-за его уникальной структуры, так и из-за его использования в медицине, в последнее время как анестетика. Большая часть этого процесса ранее уже была изучена, но оставалось недостающее звено между кокаином и химическим прекурсором называемым MPOA.

Недавно ученый Шенг-Сионг Хуанг из Куньминского института ботаники в Китае и его коллеги нашли способ устранить этот пробел, добавив в процесс два ранее отсутствовавших фермента, известных как EnCYP81AN15 и EnMT4.

Затем Хуанг и его команда генетически модифицировали ближайшего родственника табака, растение Nicotiana benthamiana. Они обнаружили, что с помощью этих двух белков растение способно производить около 400 нанограммов кокаина на миллиграмм высушенных листьев. Это примерно 25-я часть от уровня кокаина в растении кока.

"В настоящее время доступного производства кокаина в табаке недостаточно для удовлетворения массового спроса", - говорит Хуанг, но разработанный биосинтетический путь может быть собран в организмах с большой биомассой и более быстрым ростом, таких как бактерии Escherichia coli или дрожжи Saccharomyces cerevisiae, говорит он.

Кокаин добывают из листьев растения кока. Alamy Stock Photo

Демонстрация производства кокаина в табаке является важным доказательством концепции, говорит Бенджамин Личман из Университета Йорка, Великобритания. Перенос этого механизма на другие микроорганизмы может оказать существенное влияние на получение кокаина в исследовательских целях. "Это может позволить фармацевтическим компаниям, по сути, ферментировать его и таким образом полностью отказаться от производства на основе растений. Это окажет огромное влияние на цепочку поставок и потенциально повлияет даже на незаконное производство".

Но использование других растений для производства кокаина не даст преимуществ незаконному бизнесу, говорит Личман. По словам ученого, выращивание и сбор урожая коки, а также очистка кокаина из естественных тканей растения на порядки более масштабируемые и дешевые, чем производство кокаина из других растений. Тем не менее, изучение биосинтетического пути может привести к производству химически сходных с кокаином соединений, обладающих уникальными лекарственными свойствами.

Источники и ссылки: Journal New Scientist, Journal of the American Chemical Society

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.2c09091
https://www.newscientist.com/article/2348568-genetically-modified-tobacco-plant-produces-cocaine-in-its-leaves/