محققان برگ‌های گیاه تنباکو را طوری مهندسی کرده‌اند که بتواند کوکائین بسازد!
کوکائین هزاران سال است که توسط انسان به عنوان محرک و بی‌حس کننده استفاده می‌شود و در واقع در حین مسیر تکامل، طی ده‌ها میلیون سال در یک این گیاه کوکا ( Erythroxylum ) برای در امان ماندن از شر حشرات گرسنه، طوری تغییر کرد تا با در بر داتن این ماده در امان بماند.
دانستن اینکه چگونه گیاهان این شاهکار مهندسی شیمی را انجام می‌دهند، یک پیروزی بزرگ برای صنعت داروسازی خواهد بود و در عین حال به زیست‌شناسان کمک می کند تا تکامل آفت کش های مشابه را در سراسر قلمرو گیاهی درک کنند.
با این حال، پیچیدگی تولید این ماده شیمیایی یکی از اسرار طبیعت بوده و دانشمندان بیشتر از یک قرن را صرف بررسی آن کرده‌اند.
اکنون، محققان موسسه گیاه شناسی کونمینگ چین بالاخره آخرین مراحل اصلی فرآیند بیوسنتزی آن را کشف کردند.
آنها نه‌تنها کم و بیش مسیر بیوشیمیایی تولید کوکائین را ترسیم کردند، بلکه محققان کل زنجیره ساخت آن را داخل یک کارخانه تنباکو بازسازی کرده‌اند..
البته بعید است که از تنباکو برای تولید کوکائین با روش‌های فعلی در آینده استفاده شود. اما یک روش مشابه شامل استفاده از باکتری‌ها یا مخمرها میتواند روزی روش طراحی و صنعتی کردن داروها را متحول کند.
کوکائین عضوی از دسته‌ای از مولکول های آلی به نام آلکالوئیدهای تروپان است.گیاهی که روش‌هایی را برای ساختن این مواد شیمیایی برای خنثی کردن گیاه‌خواران تکامل داده، و به نوبه خود، ما انسان‌ها از اثرات اتفاقی آنها بر زیست‌شناسی خودمان استفاده کرده‌ایم.
به عنوان مثال، هیوسیامین یک آلکالوئید تروپان استکه توسط گل شب کش مرگبار ( Atropa belladonna ) ساخته شده می‌شود، ما از هیوسیامین برای گشاد کردن مردمک چشم، فلج کردن غدد تف در حین جراحی و درمان قلب از آن استفاده کرده‌ایم.
تاریخچه استفاده از کوکائین طولانی است، از جویدن برگ های کوکا برای افزایش انرژی از زمان های قدیم تا استفاده از آن به عنوان یک بی حس کننده موضعی در جراحی مدرن تا اثرات روانگردان آن به شکل یک داروی تفریحی غیرقانونی.
از نظر شیمیایی، کوکائین شباهت های زیادی با هیوسیامین دارد. به تازگی کشف شده که هر دو از یک پیش ساز – مولکولی به نام اسید 4-(1-متیل-2-پیرولیدینیل)-3-اکسوبوتانوئیک (یا به اختصار MPOA) پدید می آیند.
تفاوت ساختاری بین این دو مولکول ظریف اما حیاتی است. محققان یک جفت آنزیم به نام های EnCYP81AN15 و EnMT4 پیدا کردند که میٰ‌توانست تبدیل این پیش‌سازها به محصول نهایی را انجام بدعهد..
آنها شش ژن تولید کوکائین را به گیاه تنباکو، Nicotiana benthamiana متصل کردند و در نتیجه کارخانه‌های تنباکوی مهندسی شده کوکائین تولید کردند.
با صرف‌نظر کردن از سوء استفاده‌های احتمالی، این دانش جدید میتواند پیامدهای عمیقی برای صنعت داروسازی داشته باشد و به محققان این امکان را می‌دهد تا فرمول را تغییر دهند و به طور بالقوه ترکیبات زیستی فعال جدید را با کارایی بسیار بیشتر کشف کنند.
این تحقیق در مجله American Chemical Society منتشر شده.
