Химики разгадали путь биосинтеза кокаина и заставили табак его синтезировать
Ученым удалось найти два недостающих для синтеза фермента
Химики из Китая открыли две недостающие стадии на пути биосинтеза кокаина в кокаиновом кусте (Erythroxylum novogranatense). Они скорректировали ранее предложенный ошибочный путь биосинтеза и нашли правильный, который удалось полностью воспроизвести в табаке Бентхама (Nicotiana benthamiana). Исследование опубликовано в журнале Journal of the American Chemical Society.
Кокаин — природный алкалоид, который синтезируют распространенные в Южной Америке растения семейства Эритроксиловые (Erythroxylaceae). Люди использовали их листья с очень давних времен. Например, в 2010 году ученые выяснили, что уже около 8000 лет назад жители Нанчокской долины в Перу не только жевали листья коки, но и умели экстрагировать из них смеси природных алкалоидов. В XIX веке кокаин открыли для себя европейцы, которые использовали его как анестетик и даже добавляли в некоторые напитки. Но вскоре выяснилось, что кокаин вызывает сильное привыкание, и его применение значительно сократилось.
Большинство алкалоидов из листьев коки имеют схожую структуру, основа которой — бициклический амин тропан. Молекулы кокаина отличаются от тропана двумя дополнительными сложноэфирными группами, связанными с бициклическим остовом. И хотя синтезировать кокаин и родственные ему алкалоиды химики умеют, природный путь его синтеза они до сих пор не разгадали.
Но химикам под руководством Хуана Шэн Сюна (Huang Sheng-Xiong) из Куньминского института ботаники Китайской академии наук наконец удалось разгадать путь биосинтеза кокаина. Благодаря ранее проведенным экспериментам с изотопными метками ученым было известно, что кокаин и родственный ему алкалоид гиосциамин получаются из общего предшественника — 4-(1-метил-2-пирролидинил)-3-оксобутановой кислоты (MPOA). По мнению большинства ученых, эта кислота превращалась в кокаин в две стадии: сначала — метилирование кислотной группы, затем — окислительная циклизация. Поэтому китайские химики решили начать свое исследование с поиска метилтрансферазы, способной превращать MPOA в ее метиловый эфир.
Предполагаемый биосинтез алкалоидов кокаина и гиосциамина. Пунктирными линиями обозначены неисследованные стадии
Yong-Jiang Wang et al. / Journal of the American Chemical Society, 2022
Сначала ученые проанализировали транскриптом кокаинового куста (Erythroxylum novogranatense) и нашли в нем гены, отвечающие за синтез 23 разных метилтрансфераз, гипотетически способных метилировать MPOA. Наиболее подходящие из них ученые экспрессировали в листьях табака, но детектировать в них значительные количества метилового эфира MPOA не удалось. Одновременно с этим ученые искали ферменты, способные катализировать окислительную циклизацию, но эти поиски тоже привели к неудаче.
Тогда химики предположили, что главенствующая гипотеза о биосинтезе кокаина неверна, и кислота MPOA сначала образует цикл, а уже потом метилируется. Чтобы подтвердить свое предположение, исследователи экспрессировали разные пары метилтрансфераза-оксидаза в листьях табака, и обнаружили, что комбинация из метилтрансферазы EnMT4 и оксидазы EnCYP81AN15 приводит к образованию больших количеств кокаина и побочного продукта тропинона. Так химики поняли, что MPOA под действием оксидазы EnCYP81AN15 превращается в циклический алкалоид экгонон, который затем метилируется в присутствии EnMT4 с образованием кокаина. При этом сам экгонон нестабилен и легко разрушается с образованием побочного тропинона — это удалось подтвердить экспериментами с синтетически полученным экгононом.
Путь биосинтеза, который открыли китайские химики. Над основной схемой показаны побочные продукты
Yong-Jiang Wang et al. / Journal of the American Chemical Society, 2022
В результате ученые нашли ферменты, ответственные за две недостающие стадии в биосинтезе кокаина. Они экспрессировали их и несколько других необходимых ферментов в листьях табака, и получили табак, производящий до 400 нанограмм кокаина на миллиграмм высушенных листьев.
ИТОГО. Эта информация выложена в широкий доступ и переведена на многие языки мира. Не хватает только технологической схемы, что не секрет для профи. Теперь не нужны для закупки множества контролируемых прекурсоров и множество химических лабораторий. Достаточно создать всего лишь раз. Схему экстракции можно будет сделать на кухне.
ИМХО, это наглядная иллюстрация, как генная инженерия меняет окружающий нас мир во зло, даже не беря во внимание возможности создания серьёзнейших патогенов… Мир сошел с ума. (((
Оценили 54 человека
104 кармы