Mensen wenden zich al duizenden jaren tot de papaverplant om high te worden of pijn te verlichten. En ondanks al onze andere verbluffende farmaceutische vooruitgang, is onze afhankelijkheid van de plant niet veel veranderd; klaprozen worden gebruikt om twee van 's werelds meest gebruikte pijnstillers te maken, morfine en codeïne, en de hoestonderdrukkende noscapine.
Maar hoe kwam de opiumpapaverplant (Papaver somniferum) om zijn pijnstillende eigenschappen te krijgen om mee te beginnen?
Een team van onderzoekers in het Verenigd Koninkrijk, China en Australië heeft de afgelopen jaren deze vraag onderzocht en het genoom van opiumpapaver onderzocht om erachter te komen hoe deze plant zijn ongewoon krachtige en nuttige therapeutische eigenschappen heeft ontwikkeld. Nu, een nieuwe studie, vandaag (30 augustus) gepubliceerd in het tijdschrift Science, beschrijft het grootste deel van het genoom van de opiumpapaver. De studie laat zien wanneer en hoe de belangrijkste farmaceutisch producerende genen een rol speelden.
De taak was moeilijk, dankzij de overvloed aan genetisch materiaal van de plant die verschillende herhaalde secties bevat. Toch was het samenvoegen van het genoom nuttig om de ontwikkeling van de opiumpapaver te volgen.
De eerste belangrijke genetische gebeurtenis met papaver, vonden de onderzoekers, vond ongeveer 110 miljoen jaar geleden plaats. Dat was toen het hele genoom, of in ieder geval hele grote delen ervan, werd gedupliceerd. Dit is niet ongebruikelijk voor angiospermen, de categorie bloeiende planten met papavers. Maar de duplicatie kan consequent zijn. Wanneer organismen het genetische materiaal verdubbelen, is de ene helft van het genoom vrij om te evolueren, terwijl de andere helft stabiel blijft, zei co-auteur Ian Graham, professor biomedische genetica aan de Universiteit van York in het Verenigd Koninkrijk.
In het geval van papavers is dat extra genetische materiaal op een zeer belangrijke manier geëvolueerd, ontdekten de onderzoekers: meer dan 7,8 miljoen jaar geleden fuseerden twee genen en werden ze het enige gen dat verantwoordelijk was voor de morfine- en codeïneproductie van papaver. Deze "megagene" codeert voor een enzym dat een voorlopermapavermolecuul omzet in de verbindingen die uiteindelijk codeïne en morfine worden. Zonder dat zouden papavers datzelfde precursormolecuul gewoon in de samengestelde noscapine transformeren en zouden de planten geen pijnstillers zijn.
Voor Graham is dit een van de belangrijkste vondsten in hun onderzoek. 'Het is echt bevredigend om te weten hoe dat gen is ontstaan', vertelde hij WordsSideKick.com.
Na die genfusie repliceerde het papavergenoom opnieuw en verloor een aantal stukjes, ontdekte de studie. Maar de megagene die cruciaal is voor het vormen van opiaten bleef hangen. Zoals bij de meeste nuttige genen, is de kans groot dat dit gen een willekeurige mutatie was die steeds werd doorgegeven omdat het nuttig was voor de plant. Het is biologen niet helemaal duidelijk waarom opiumpapavers hun morfine- en codeïne-producerende vaardigheden in stand hielden, maar het is waarschijnlijk omdat de chemicaliën hongerige herbivoren afweren, zei Graham.
Enkele andere poppy-mysteries moeten ook nog worden opgelost. Zo verschenen de andere enzymen die betrokken zijn bij de productie van morfine en codeïne waarschijnlijk eerder dan de komst van de megagene, 7,8 miljoen jaar geleden, hoewel het onderzoeksteam niet precies weet wanneer. (Met andere woorden, de megagene is niet de enige speler die betrokken is bij de productie van pijnstillers bij klaprozen.) Graham zei dat hij ook hoopt de genomen van verwante plantensoorten te bestuderen om te zien waarom sommigen van hen wel of geen verdovende middelen maken.
Maar voor nu is afleiden hoe papavers hun medicinale eigenschappen hebben gekregen en hoe het genoom eruit ziet, voldoende om de pijnstillerindustrie te helpen, zei Graham. (Ondanks misbruik van opioïden, is er nog steeds behoefte aan hoogwaardige pijnstillers en palliatieve zorggeneesmiddelen, voegde hij eraan toe.) Hoewel tuinbouwers hyperspecifieke soorten hebben ontwikkeld die voornamelijk de opiaten of noscapine produceren, zijn opiumpapaverkwekers altijd op zoek naar manieren om productie te maken duurzamer en kosteneffectiever, zei hij.
En net als bij elk ander gewas, is er mogelijk ruimte voor genetische modificaties om de papavers meer van de farmaceutische middelen te laten produceren, sneller te laten groeien of infecties te weerstaan. 'Genoomanalyse biedt ons een platform om dat allemaal effectiever te doen', zei Graham.
