轉基因菸草植物的葉子會產生可卡因
2023-01-17由 紅綠藥丸 發表于 農業
可卡因會導致什麼
諸平
Cocaine is extracted from the leaves of the coca plant。
Credit：
Alamy Stock Photo
據《技術泰晤士》（
Tech Times
）網站
2022
年
11
月
25
日報道，有種轉基因菸草植物可以用它的葉子產生可卡因（
Genetically modified tobacco plant produces cocaine in its leaves
）。此類研究結果將有助於人們生產用於研究的藥物。
可卡因（
Cocaine
）是一種具有醫療用途的物質，但也會造成嚴重的濫用和成癮危險。根據《新科學家》（
New Scientist
）雜誌網站的一篇報道，生物化學家在菸草植物中重現了古柯植物（
coca plants
）產生可卡因的生物化學過程。
解析古柯植物的生物化學（
Unpicking the Coca Plant's Biochemistry
）
《新科學家》（
New Scientist
）雜誌網站的報道稱，導致古柯植物產生可卡因的複雜生物化學已經被分離出來，並在一種菸草植物的親緣中重新培育。
這一發現使得透過改變其他植物或微生物的基因來複制這一過程，從而有可能複製這種興奮劑或製造出具有不同質量的化學上相關的化學品。
也可以參閱：“
FDA
最近批准了世界上最昂貴的藥物——價值
350
萬美元”（
FDA Recently Approves the World‘s Most Expensive Drug - Worth $3。5 Million！
）的相關報道。
一個多世紀以來，古柯植物生產可卡因的能力一直是生物化學家的一個奇蹟，因為它複雜而獨特的化學結構和刺激麻醉活性的能力。
中國科學院昆明植物研究所（
Kunming Institute of Botany in China
）的
黃勝雄
（
Sheng-Xiong Huang
）研究員和他的同事發現了一種更好地瞭解這種物質的方法，他們引入了兩種以前不存在的酶，即
En
MT4
和
En
CYP81AN15
。
利用這兩種酶，生物化學家研究團隊從基因上改造了菸草植物的一種親緣植物——本氏煙（
Nicotiana benthamiana
），從而產生可卡因。他們發現，每毫克幹葉子可以產生
400
納克（
400 ng/g dried leaf
）的可卡因，大約是古柯植物含量的
25%
。
據
黃勝雄
研究員介紹，目前菸草中可卡因的生產不足以大規模滿足需求。他還提到，高生物量和快速生長的生物，如大腸桿菌（
Escherichia coli
）或酵母菌（
Saccharomyces cerevisiae
），可能會組裝已建立的生物合成途徑。黃勝雄等人的研究結果，於
2022
年
11
月
14
日已經在《美國化學會志》（
Journal of the American Chemical Society
）雜誌網站發表——
Yong-Jiang Wang， Jian-Ping Huang， Tian Tian， Yijun Yan， Yin Chen， Jing Yang， Jianghua Chen， Yu-Cheng Gu， Sheng-Xiong Huang。 Discovery and Engineering of the Cocaine Biosynthetic Pathway。
Journal of the American Chemical Society
， Publication Date： November 14， 2022。
DOI： 10。1021/jacs。2c09091
。
https：//pubs。acs。org/doi/abs/10。1021/jacs。2c09091
參與此項研究的除了來自昆明植物研究所的研究人員之外，還有來自成都中醫藥大學（
Chengdu University of Traditional Chinese Medicine， China
）、中國科學院西雙版納熱帶植物園（
Xishuangbanna Tropical Botanical Garden， Chinese Academy of Sciences， Kunming， China
）、
中國科學院大學（
University of Chinese Academy of Sciences， Beijing， China
）以及英國布拉克內爾的先正達·傑洛特·希爾國際研究中心（
Syngenta Jealott’s Hill International Research Centre， Bracknell， Berkshire， UK
）的研究人員。
可卡因吸食史（
History of Cocaine Use
）
據美國緝毒局（
US drug enforcement agency
簡稱
US DEA
）博物館（
DEA Museum
）介紹，
4000
多年前，玻利維亞（
Bolivia
）、秘魯（
Peru
）和哥倫比亞（
Columbia
）的第一批居民將古柯植物作為一種藥物。在
16
世紀，歐洲探險家也曾經報告過，當地人咀嚼這種植物的葉子來改善情緒，幫助消化，增加食慾。
另外，信不信由你決定。就是世界著名的可口可樂（
Coca-Cola
）飲料在
19
世紀晚期就將可卡因作為其主要調味原料之一。直到
20
世紀初，粗可卡因才退出流通。這一資訊來自美國毒品執法機構——美國緝毒局（
US
DEA
）。有趣的是，可口可樂公司卻矢口否認（
denies
）曾使用可卡因調味。
可口可樂口味目前在美國使用去可卡因版本的古柯葉提取物（
de-cocainized version of the coca leaf extract
）生產。美國
DEA
還表示，部分製藥企業將剩餘的粗可卡因用於製藥。
在
20
世紀初，西方醫學對古柯植物進行了改良，使其成為一種麻醉劑。直到
20
世紀
70
年代，大麻才作為一種被濫用的麻醉藥品重新被引入市場，成為一種容易獲得的廉價非法藥物。
美國聯邦政府將可卡因列為第二類管制物質（
Schedule II controlled substance
）。這意味著法律對可卡因的持有、製造和使用給予了許可和限制。
上述介紹，僅供參考。欲瞭解更多資訊，敬請注意瀏覽
原文
或者
相關報道
。
Abstract
Cocaine， the archetypal tropane alkaloid from the plant genus
Erythroxylum
， has recently been used clinically as a topical anesthesia of the mucous membranes。 Despite this， the key biosynthetic step of the requisite tropane skeleton （methylecgonone） from the identified intermediate 4-（1-methyl-2-pyrrolidinyl）-3-oxobutanoic acid （MPOA） has remained， until this point， unknown。 Herein， we identify two missing enzymes （
En
CYP81AN15 and
En
MT4） necessary for the biosynthesis of the tropane skeleton in cocaine by transient expression of the candidate genes in
Nicotiana benthamiana
。 Cytochrome P450
En
CYP81AN15 was observed to selectively mediate the oxidative cyclization of
S
-MPOA to yield the unstable intermediate ecgonone， which was then methylated to form optically active methylecgonone by methyltransferase
En
MT4 in
Erythroxylum novogranatense
。 The establishment of this pathway corrects the long-standing （but incorrect） biosynthetic hypothesis of MPOA methylation first and oxidative cyclization second。 Notably， the de novo reconstruction of cocaine was realized in
N。 benthamiana
with the two newly identified genes， as well as four already known ones。 This study not only reports a near-complete biosynthetic pathway of cocaine and provides new insights into the metabolic networks of tropane alkaloids （cocaine and hyoscyamine） in plants but also enables the heterologous synthesis of tropane alkaloids in other （micro）organisms， entailing significant implications for pharmaceutical production。
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