„Die von diesen beiden Genen kodierten Enzyme waren den Pflanzenbiochemikern ein halbes Jahrhundert lang ein Rätsel“, sagt Peter Facchini, Professor am Fachbereich Biologische Wissenschaften, der seine Karriere der Erforschung der einzigartigen Eigenschaften des Schlafmohns gewidmet hat. „Indem wir nicht nur die Enzyme, sondern auch die Gene gefunden haben, haben wir einen großen Schritt nach vorn gemacht. Das ist vergleichbar mit der Entdeckung eines Gens, das bei Krebs oder anderen genetischen Störungen eine Rolle spielt.“
Die Ergebnisse der Forscher werden in Nature Chemical Biology veröffentlicht.
Codein ist das bei weitem am meisten verwendete Opiat der Welt und eines der am häufigsten verwendeten Schmerzmittel. Codein kann direkt aus der Pflanze extrahiert werden, das meiste Codein wird aus dem viel häufiger vorkommenden Morphin im Schlafmohn synthetisiert. Codein wird durch ein Enzym in der Leber in Morphin umgewandelt, das das aktive Schmerzmittel und eine natürlich vorkommende Verbindung im Menschen ist. Die Kanadier geben jedes Jahr mehr als 100 Millionen Dollar für kodeinhaltige Arzneimittel aus und gehören damit zu den weltweit größten Pro-Kopf-Verbrauchern dieser Droge. Trotzdem importiert Kanada alle seine Opiate aus anderen Ländern.
„Mit dieser Entdeckung können wir möglicherweise Pflanzen erzeugen, die die Produktion von Kodein stoppen. Wir arbeiten auch daran, Codein und andere Opiate effizienter und wirtschaftlicher in kontrollierten Bioprozessanlagen zu synthetisieren“, sagt Facchini. „Unsere Entdeckung macht es nun möglich, Mikroorganismen zur Herstellung von Opiaten und anderen wichtigen Arzneimitteln zu nutzen.“ Einer der nächsten Schritte für das Forschungsteam ist die Verwendung des Codein-Gens zur Herstellung von Arzneimitteln in Hefe oder Bakterien.
Jillian Hagel, eine promovierte Wissenschaftlerin in Facchinis Labor, wurde im Rahmen ihrer Doktorarbeit mit der Aufgabe betraut, diese Schlüsselgene zu finden. Mit Hilfe modernster Genomik-Techniken gelang es ihr, bis zu 23.000 verschiedene Gene zu durchforsten und schließlich ein Gen namens Codein-O-Dementhylase (CODM) zu finden, das das pflanzliche Enzym produziert, das Codein in Morphin umwandelt.
„Das war ein aufregender Tag“, sagt Hagel über ihren Moment der Entdeckung. „Wir haben die fehlenden Teile gefunden, die nötig waren, um zu verstehen, wie der Schlafmohn Morphin herstellt.“
Facchini fügt hinzu: „Die Evolution dieser beiden Gene in einer einzigen Pflanzenart hat in den letzten Jahrtausenden einen so großen Einfluss auf die Menschheit gehabt. Unsere Entdeckung ermöglicht es, diese einzigartige genetische Kraft in vielerlei Hinsicht nutzbar zu machen.“