Seit Tausenden von Jahren wenden sich die Menschen der Mohnpflanze zu, um hoch zu werden oder Schmerzen zu lindern. Und trotz all unserer anderen erstaunlichen pharmazeutischen Fortschritte hat sich unser Vertrauen in die Pflanze nicht wesentlich geändert. Mohn wird verwendet, um zwei der weltweit am häufigsten verwendeten Schmerzmittel herzustellen, Morphin und Codein sowie das Hustenmittel Noscapin.
Aber wie hat die Schlafmohnpflanze (Papaver somniferum) seine schmerzlindernden Eigenschaften bekommen?
Ein Forscherteam in Großbritannien, China und Australien hat sich in den letzten Jahren mit dieser Frage befasst und das Schlafmohngenom untersucht, um herauszufinden, wie diese Pflanze ihre ungewöhnlich wirksamen und nützlichen therapeutischen Eigenschaften entwickelt hat. Jetzt beschreibt eine neue Studie, die heute (30. August) in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, den Großteil des Schlafmohngenoms. Die Studie zeigt auf, wann und wie die wichtigsten pharmazeutisch produzierenden Gene ins Spiel kamen.
Die Aufgabe war schwierig, da die Pflanze reichlich genetisches Material enthält, das mehrere wiederholte Abschnitte enthält. Das Zusammensetzen des Genoms war jedoch hilfreich, um die Entwicklung der Schlafmohnblume zu verfolgen.
Das erste wichtige genetische Ereignis für Mohn fand nach Angaben der Forscher vor etwa 110 Millionen Jahren statt. Zu diesem Zeitpunkt wurde das gesamte Genom oder zumindest sehr große Teile davon dupliziert. Dies ist nicht ungewöhnlich für Angiospermen, die Kategorie der Blütenpflanzen, zu denen Mohn gehört. Die Vervielfältigung kann jedoch eine Folge sein. Wenn Organismen doppelt so viel genetisches Material haben, kann sich eine Hälfte des Genoms frei entwickeln, während die andere Hälfte stabil bleibt, sagte der Co-Autor der Studie, Ian Graham, Professor für biomedizinische Genetik an der Universität von York in Großbritannien.
Bei Mohnblumen entwickelte sich dieses zusätzliche genetische Material auf eine sehr wichtige Weise. Die Forscher fanden heraus: Vor mehr als 7,8 Millionen Jahren fusionierten zwei Gene und wurden zum einzigen Gen, das für die Morphin- und Codeinproduktion von Mohnblumen verantwortlich ist. Dieses "Megagene" kodiert für ein Enzym, das ein Vorläufer-Mohnmolekül in Verbindungen umwandelt, die schließlich zu Codein und Morphin werden. Ohne sie würden Mohnblumen nur dasselbe Vorläufermolekül in die Verbindung Noscapin umwandeln, und die Pflanzen wären keine Schmerzmittel.
Für Graham ist dies einer der wichtigsten Funde in ihrer Forschung. "Es ist wirklich befriedigend zu wissen, wie dieses Gen entstanden ist", sagte er gegenüber Live Science.
Nach dieser Genfusion replizierte das Mohngenom erneut und verlor einige Stücke, so die Studie. Aber die Megagene, die für die Bildung von Opiaten entscheidend sind, bleiben hängen. Wie bei den meisten nützlichen Genen besteht die Wahrscheinlichkeit, dass dieses Gen eine zufällige Mutation war, die immer wieder weitergegeben wurde, weil es für die Pflanze nützlich war. Biologen ist nicht ganz klar, warum Schlafmohn ihre Fähigkeiten zur Herstellung von Morphin und Codein beibehalten hat, aber es ist wahrscheinlich, dass die Chemikalien hungrige Pflanzenfresser abwehren, sagte Graham.
Einige andere Mohn-Rätsel müssen noch gelöst werden. Zum Beispiel erschienen die anderen Enzyme, die an der Produktion von Morphin und Codein beteiligt sind, wahrscheinlich früher als die Ankunft des Megagenes vor 7,8 Millionen Jahren, obwohl das Forscherteam nicht genau weiß, wann. (Mit anderen Worten, der Megagene ist nicht der einzige Akteur, der an der Herstellung von Schmerzmitteln bei Mohn beteiligt ist.) Graham hofft, auch die Genome verwandter Pflanzenarten untersuchen zu können, um herauszufinden, warum einige von ihnen Betäubungsmittel herstellen oder nicht.
Im Moment reicht es jedoch aus, herauszufinden, wie Mohnblumen ihre medizinischen Eigenschaften erhalten haben und wie das Genom aussieht, um der Schmerzmittelindustrie zu helfen, sagte Graham. (Trotz des Missbrauchs von Opioiden besteht immer noch ein Bedarf an hochwertigen Schmerzmitteln und Palliativmedikamenten, fügte er hinzu.) Obwohl Gartenbauer hyper-spezifische Stämme entwickelt haben, die hauptsächlich Opiate oder Noscapin produzieren, suchen Schlafmohnproduzenten immer nach Wegen, um die Produktion zu fördern nachhaltiger und kostengünstiger, sagte er.
Und wie bei jeder anderen Kultur könnte es Raum für genetische Veränderungen geben, damit die Mohnblumen mehr pharmazeutische Wirkstoffe produzieren, schneller wachsen oder Infektionen standhalten. "Die Genomanalyse bietet uns eine Plattform, um all dies effektiver zu erledigen", sagte Graham.
