Новости химической науки > Как мак превращает кодеин в морфин?

Исследователи выделили и охарактеризовали фермент, с помощью которого в растениях семейства мака кодеин превращается в морфин.

Биосинтез морфина, происходящий в организме мака, позволил получить уже давно использующиеся в фармацевтике болеутоляющие препараты – кодеин и тебаин. К сожалению, ряд ферментов, вовлеченных в образование опиоидов растительного происхождения, до настоящего времени не был изучен.

Биохимический процесс превращения кодеина (сверху) в морфин (снизу) протекает при участии фермента CODM. (Рисунок из Nat. Chem. Biol., DOI: 10.1038/nchembio.317)

Специалисты по биохимии растений Джиллиан Хагель (Jillian Hagel) и Питер Фаччини (Peter Facchini) из Университета Калгари сообщают о генах, ответственных за экспрессию ранее неизвестных ферментов, участвующих в процессе биосинтеза морфина. Одним из этих ферментов является CODM, принимающий участие в стадии заключительного O-деметилирования, необходимого для превращения кодеина в морфин.

Открытие этих генов и изучение их строения может привести к разработке новых методов производства кодеина для фармацевтики, перспективной возможностью исследователи считают применение ферментирования кодеина микроорганизмами. В настоящее время производство кодеина основано на извлечении опиоидов из представителей семейства маков (главным образом – таксона Papaver somniferum) и химической трансформации опиоидов в целевой кодеин.

Специалист по биохимии растений Филип Ларкин (Philip Larkin) отмечает высокую научную значимость работы австралийских коллег, заявляя, что исследователи давно искали гены, отвечающие за биотрансформацию кодеина в морфин.

Фаччини заявляет, что ранее исследователи предполагали, что фермент, ответственный за биохимическое превращение кодеина в морфин, относится к семейству ферментов-цитохромов, однако, как показала практика, превращение кодеина в морфин происходит в результате процесса O-деметилирования, который катализируются ферментом-диоксигеназойCODM.

Модификация, которая приводила к блокировке гена CODM, позволила Хагелю и Фаччини увеличить содержание кодеина в растениях от 20% до 65% от общего количества алкалоидов в маке, содержание морфина при этом понижалось от 70% до 15%.

Самый простой путь коммерциализации открытия заключается в выведении генномодифицированных растений, в которых ген, отвечающий за экспрессию CODM, был бы подвергнут делеции. Такая модификация позволила бы получить растения, производящие только кодеин, а не морфин. Однако в мире существует большое количество противников генетической модификации растений, их влияние достаточно заметно и в основных поставщиках фармацевтических опиоидов – Франции и Тасмании. Более того, производители лекарственного мака Тасмании стараются увеличить выработку кодеина маком за счет обычной селекции, не имеющей отношения к генной инженерии.

Вместо генетического выведения «кодеиновых маков» Фаччини и Хагель предлагают провести модификацию генома дрожжей, дав им возможность синтезировать кодеин, считая, что получение фармацевтических препаратов с помощью бактерий является приемлемой и менее дорогой альтернативой маковым полям. Микроорганизмы уже применяются для биосинтеза инсулина, и к этой их генетической модификации в обществе относятся спокойно. Исследователи из Канады также полагают, что поскольку производство опиатов требует особого контроля и учета продукции, при бактериальном способе получения опиоидов такой учет организовать проще, чем при их производстве с участием сельского хозяйства.

Источник: Nat. Chem. Biol., DOI: 10.1038/nchembio.317

метки статьи: #биохимия, #кинетика и катализ, #медицинская химия, #молекулярная биология