Un equipo de científicos ha codificado el genoma de la amapola, la planta de la que se obtiene el opio con el que luego se produce la heroína, pero también medicamentos vitales como la morfina o la codeína. Se descubrieron los pasos clave de cómo la planta evolucionó para producir estos potentes analgésicos, que son en muchos casos la única opción terapéutica para aliviar el dolor de enfermos con cánceres avanzados, grandes quemados, pacientes que han pasado por una dolorosa operación o en cuidados paliativos.
El descubrimiento puede allanar el camino para que los científicos mejoren los rendimientos y la resistencia a las enfermedades de la planta medicinal, asegurando un suministro confiable y barato de los medicamentos más efectivos para aliviar el dolor y los cuidados paliativos.
El avance, realizado por investigadores de la Universidad de York en asociación con el Wellcome Sanger Institute, Reino Unido, y colegas internacionales, revela los orígenes de la vía genética que conduce a la producción de compuestos supresores de la tos, la noscapina y los analgésicos, morfina y codeína en la planta de amapola (o adormidera).
Diversidad química
El co-autor correspondiente, el profesor Ian Graham, del Centro de Nuevos Productos Agrícolas, Departamento de Biología de la Universidad de York, dijo: «Los bioquímicos han sido curiosos durante décadas sobre cómo las plantas han evolucionado para convertirse en una de las fuentes más ricas de diversidad química en la Tierra. Usando un ensamblaje de genoma de alta calidad, nuestro estudio ha descifrado cómo ha sucedido esto en la adormidera».
«Al mismo tiempo, esta investigación proporcionará la base para el desarrollo de herramientas moleculares de mejora genética que puedan utilizarse para asegurar que haya un suministro confiable y barato de los analgésicos más efectivos disponibles para el alivio del dolor y cuidados paliativos para las sociedades no solo desarrolladas sino también países en desarrollo del mundo «.
Los enfoques basados en la biología sintética para fabricar compuestos tales como la noscapina, la codeína y la morfina se están desarrollando ahora mediante la cual los genes de la planta se diseñan en sistemas microbianos como la levadura para permitir la producción en fermentadores industriales. Sin embargo, la amapola sigue siendo la fuente comercial más barata y única de estos compuestos farmacéuticos a cierta distancia.
Duplicación del genoma
Los científicos de la Universidad de York y del Wellcome Sanger Institute en el Reino Unido junto con colegas de la Universidad Xi’an Jiaotong y Shanghai Ocean University en China y Sun Pharmaceutical Industries (Australia) Pty Ltd, produjeron un ensamblaje de alta calidad del genoma de la amapola, con 2.7 gigabases (similar en tamaño al genoma humano con 3 Gigabases) de secuencia distribuida en 11 cromosomas. En total, contiene 51.213 genes que codifican proteínas.
Esto permitió a los investigadores identificar un gran grupo de 15 genes que codifican enzimas involucradas en dos vías biosintéticas distintas implicadas en la producción de noscapina y los compuestos que conducen a la codeína y la morfina.
Las plantas tienen la capacidad de duplicar sus genomas y, cuando esto sucede, hay libertad para que los genes duplicados evolucionen para hacer otras cosas. Esto ha permitido que las plantas desarrollen una nueva maquinaria para fabricar una amplia gama de compuestos químicos que se utilizan para defenderse contra el ataque de microbios y herbívoros dañinos y para atraer especies benéficas como las abejas para ayudar en la polinización.
Historia evolutiva
El ensamblaje del genoma permitió a los investigadores identificar los genes ancestrales que se unieron para producir la fusión del gen STORR que es responsable del primer paso importante en el camino hacia la morfina y la codeína. Este evento de fusión ocurrió antes de un evento de duplicación del genoma relativamente reciente en el genoma de la mapola hace 7.8 millones de años.
Co-autor correspondiente, el profesor Kai Ye de la Universidad Xi’an Jiaotong dijo: «Un genoma de planta altamente repetitivo y los eventos evolutivos entremezclados en los últimos 100 millones de años complicaron nuestro análisis. Utilizamos tecnologías de secuenciación de genoma de vanguardia con sofisticados modelos matemáticos y análisis métodos para investigar la historia evolutiva del genoma de la adormidera».
«Es intrigante que dos vías biosintéticas llegaron a la misma región genómica debido a una serie de eventos estructurales de duplicación, mezcla y fusión, lo que permite la producción concertada de nuevos compuestos metabólicos».
El primer autor conjunto, el profesor Zemin Ning del Wellcome Trust Sanger Institute, dijo: «La combinación de varias tecnologías de secuenciación es la clave para producir un ensamblaje de alta calidad para el genoma de la amapola. Con un tamaño similar al de los humanos, el principal desafío fue manejar elementos que componen el 70.9% del genoma».