【植物研究】在家合成鴉片的最後一哩,達成!

鴉片罌粟。圖片來源:wiki
鴉片罌粟。圖片來源:wiki

撰文|葉綠舒

上次我們提到兩個團隊已經幾乎把合成鴉片所需的酵素放到細菌與酵母菌中(見<在家合成鴉片可能嗎?> ),最近發表在Sciencexpress的研究論文,更已經突破了這一點!

先前的研究已經進展到,可以由(R,S)-Norlaudanosoline合成到(S)-reticuline;而(R)-reticuline到嗎啡也已經完成,就獨獨從(S)-reticuline到(R)-reticuline沒辦法。

加拿大的研究團隊當初推想認為:由(S)-reticuline到(R)-reticuline需要三個酵素;不過,也有其他科學家認為只需要兩個酵素。到底是三個還是兩個呢?最近,這個問題被由英國與澳洲組成的研究團隊解答了!原來從(S)-reticuline到(R)-reticuline所需要的酵素只有「一」個(參1)!

不過,這一個酵素其實同時具備有細胞色素P450(cytochrome P450)與氧化還原酶(oxidoreductase)活性,所以可以說原先推想認為是兩個酵素的科學家,也沒猜錯。

為什麼英國與澳洲的研究團隊這麼厲害,可以找到加拿大團隊找不到的基因呢?原來他們手上有一個突變種鴉片罌粟。這個突變種體內的reticuline濃度特別高,因為它無法把(S)-reticuline轉為(R)-reticuline。

但是,這個突變種過去就已經有了。只是,當時研究它的人並不認為它是少了把(S)-reticuline轉為(R)-reticuline的能力;因為當時他們使用了干擾RNA的技術製造了突變種,使它產生了codeinone reductase這個基因的缺失。奇妙的是,雖然這個基因位於整條代謝途徑的下游,它的缺失卻使得(S)-reticuline累積(參2),中間相差了八個步驟。

當時他們認為,這個現象應該是回饋抑制(feedback inhibition)的緣故;不過當時他們也發現,中間的幾個酵素表現量都很正常。有鑑於此,英國與澳洲的研究團隊認為,一定還有其他的酵素有問題。

進一步研究後發現,原來這個突變種還少了另一個基因「STORR」,而這個基因是一個同時具備有細胞色素P450與氧化還原酶活性的蛋白質。只要有它在,鴉片合成的最後一哩就完成了。

STORR蛋白可以把(S)-reticuline先氧化產生1,2-dehydroreticuline,然後再還原生成(R)-reticuline。接著就交給以前的團隊囉~

這下,要如何規範「在家釀鴉片」?政府單位有得頭痛了...

參考文獻:
1. Ian A. Graham et. al., 2015. Morphinan biosynthesis in opium poppy requires a P450-oxidoreductase fusion protein. Sciencexpress.
2. Philip J Larkin et. al., 2004. RNAi-mediated replacement of morphine with the nonnarcotic alkaloid reticuline in opium poppy. Nature Biotechnology. 22(12):1559- 1566. doi:10.1038/nbt1033

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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