“De enzymen die gecodeerd worden door deze twee genen zijn al een halve eeuw verborgen voor planten biochemici,” zegt Peter Facchini, professor in het Department of Biological Sciences, die zijn carrière heeft gewijd aan het bestuderen van de unieke eigenschappen van de opiumpapaver. “Door niet alleen de enzymen maar ook de genen te vinden, hebben we een grote stap voorwaarts gezet. Het staat gelijk aan het vinden van een gen dat betrokken is bij kanker of andere genetische aandoeningen.”
De bevindingen van de onderzoekers zijn gepubliceerd in Nature Chemical Biology.
Codeïne is verreweg het meest gebruikte opiaat ter wereld en een van de meest gebruikte pijnstillers. Codeïne kan rechtstreeks uit de plant worden gewonnen, de meeste codeïne wordt gesynthetiseerd uit het veel overvloediger morfine dat in de opiumpapaver wordt aangetroffen. Codeïne wordt door een enzym in de lever omgezet in morfine, dat de actieve pijnstiller is en een natuurlijk voorkomend bestanddeel in de mens. De Canadezen geven elk jaar meer dan 100 miljoen dollar uit aan farmaceutische producten die codeïne bevatten en behoren per hoofd van de bevolking tot de grootste verbruikers van deze drug ter wereld. Desondanks importeert Canada al zijn opiaten uit andere landen.
“Met deze ontdekking kunnen we mogelijk planten maken die de productie van codeïne stoppen. We werken ook aan de synthese van codeïne en andere opiaten op een efficiëntere en economischere manier in gecontroleerde bioprocessingfaciliteiten,” zegt Facchini. “Onze ontdekking maakt het nu mogelijk micro-organismen te gebruiken voor de productie van opiaten en andere belangrijke farmaceutische producten.” Een van de volgende stappen voor het onderzoeksteam is het gebruik van het codeïnegen om geneesmiddelen te produceren in gist of bacteriën.
Jillian Hagel, een post-doctorale wetenschapper in het lab van Facchini, kreeg de taak om deze sleutelgenen te vinden als onderdeel van haar Ph.D. onderzoek. Ze slaagde erin met behulp van geavanceerde genomicatechnieken die haar hielpen om tot 23.000 verschillende genen te sorteren en uiteindelijk een gen te vinden dat codeïne O-dementhylase (CODM) wordt genoemd en dat het plantenenzym produceert dat codeïne in morfine omzet.
“Dat was een opwindende dag,” zegt Hagel over haar moment van ontdekking. “We hebben de ontbrekende stukjes gevonden die nodig waren om te begrijpen hoe de opiumpapaver morfine maakt.”
Facchini voegt daaraan toe: “De evolutie van deze twee genen in één enkele plantensoort heeft in de afgelopen duizenden jaren zo’n enorme invloed gehad op de mensheid. Onze ontdekking maakt het mogelijk deze unieke genetische kracht op vele belangrijke manieren te benutten.”