Каким образом опийные маки обрели свои обезболивающие свойства

Растение мака люди использовали в течение тысяч лет, чтобы облегчить свою боль. И, несмотря на все успехи фармацевтической промышленности, наше отношение к маку не сильно изменилось.

Опийные маки используются для изготовления двух самых широко известных в мире обезболивающих, морфина и кодеина. Ещё из мака готовят средство от кашля, носкапин.

Группа исследователей из Великобритании, Китая и Австралии изучала геном опийного мака, чтобы выяснить, каким образом это растение разработало свои необычайно мощные терапевтические свойства. Отчёт об исследовании опубликован 30 августа 2018 года в журнале Science, где подробно описывается геном опийного мака.

Генетический материал растения содержит несколько повторных разделов. Склеивание генома  отслеживается при развитии опийного мака.

По словам исследователей, первое важное генетическое событие у мака произошло около 110 миллионов лет назад. Это было тогда, когда весь геном, или, по крайней мере, очень большие его куски, дублировались. Это необычайно для покрытосеменных  цветковых растений. Но мак в своём дублировании был последовательным.

Когда организмы имеют двойной генетический материал, одна половина генома может свободно развиваться, а другая  остается стабильной.

«В случае с маками этот дополнительный генетический материал эволюционировал очень важным образом:  7,8 миллионов лет назад два гена слились и стали единственным геном, ответственным за производство морфина и кодеина. Этот «мегаген» кодирует фермент, который превращает молекулу-предшественника мака в соединения, которые в конечном итоге становятся кодеином и морфином. Без этого маки просто превратили бы ту же молекулу-предшественника в состав носкапина, и растение не было бы обезболивающим» —  сказал Ян Грэм, профессор биомедицинской генетики в Йоркском университете Соединенного Королевства.

После этого слияния генов, геном мака снова реплицировался и потерял некоторые фрагменты. Но мегаген необходим для формирования опиатов. Как и в случае с наиболее полезными генами, этот ген был случайной мутацией, которая продолжала переходить, из поколения в поколение, потому что была полезной для растения. Не совсем ясно для биологов, почему опийный мак сохранял свои мутации, связанные с морфином и кодеином: вероятнее всего, потому, что химические вещества отгоняют голодных травоядных животных.

Другие тайны мака всё ещё предстоит разгадать. Например, какие ферменты участвуют в производстве морфина и кодеина. Вероятно, они появились раньше, чем образовался мегагена 7,8 миллион. (Другими словами, мегаген не является единственным игроком, вовлечённым в производство обезболивающих от маков). Грэм также сказал, что они надеются изучить геномы родственных видов растений, чтобы понять, почему из некоторых делают наркотики, а из других не делают.

Несмотря на злоупотребление опиоидами, человечество по-прежнему нуждается в качественных обезболивающих средствах и в паллиативной помощи. Несмотря на то, что садоводы разработали гиперспецифические штаммы, которые в основном производят опиаты, производители опийного мака всегда ищут способы сделать производство ещё более устойчивым и экономически эффективным.

Как и любая другая культура, мак может иметь ряд генетических модификаций. Но чтобы маки производили больше фармацевтических агентов, быстрее росли и выдерживать инфекцию, для этого и проводился анализ генома опийного мака.