Az emberiség által évezredek óta stimulánsként és érzéstelenítőként használt, kokainként ismert drogot a kokacserje (Erythroxylum) fajai „fejlesztették ki” több tízmillió év alatt az éhes rovarok elleni fegyverkezési verseny részeként. A szakértők régóta kíváncsiak rá, hogy a növények hogyan hajtanak végre ilyen vegyészmérnöki bravúrokat, hiszen ennek hatékony imitálása óriási nyereség lenne a gyógyszeripar számára. És az ilyen kutatások egyben a biológusoknak is segíthetnek annak jobb megértésében, hogyan zajlik a hasonló növényvédő szerek evolúciója.

A kokain előállításának felderítése azonban olyan komplex feladatnak bizonyult, amelynek megoldásával a kutatók már majdnem egy évszázada próbálkoznak. Egy kínai kutatócsoport azonban nemrégiben a rejtély utolsó hiányzó elemeinek feltárásában is sikerrel járt. A szakértők nemcsak hogy gyakorlatilag teljesen feltérképezték a kokain előállításának biokémiai útvonalát, de rekonstruálniuk is sikerült a teljes láncot egy dohánynövény segítségével.

A kokain dohány segítségével való előállítása valószínűleg sosem lesz hatékony módja a gyártásnak, és más stimulánsok előállításában sem kínál forradalmi új módszereket. Viszont egy hasonló, baktériumokat vagy élesztőgombákat alkalmazó módszer valóban érdemi változásokat hozhat az ilyen anyagok létrehozásában.

A kokain a tropán alkaloidoknak nevezett szerves molekulák közé tartozik. A növények azért termelik ezeket az anyagokat, hogy a növényevő állatok ne egyék meg őket, mi emberek pedig a saját biológiánkra gyakorolt véletlenszerű hatásaikat aknázzuk ki. A hioszciamin például egy tropán alkaloid, amelyet a nadragulya (Atropa belladonna) termel. Ezt több mint egy évszázada használják gyógyászati céllal pupillatágításra, a nyálmirigyek bénítására műtétek során, valamint szívritmuszavarok kezelésére.

A kokainhasználat története még távolabbra nyúlik, hiszen az ókor óta használják stimulánsként, helyi érzéstelenítőként és élvezeti drogként. Kémiai szempontból a kokainnak sok közös vonása van a hioszciaminnal: nemrégiben fedezték fel, hogy mindkettő ugyanabból az előanyagból, a 4-(1-metil-2-pirrolidinil)-3-oxobutánsav (röviden MPOA) nevű molekulából keletkezik.

A két molekula közötti szerkezeti eltérés apró, de fontos, ugyanakkor az, hogy a kokacserje hogyan segíti elő az MPOA kokainná történő átalakulását, mindeddig rejtély maradt. A molekulaszerkezetek közötti apró eltérés ugyanakkor elég volt ahhoz, hogy a kutatók figyelmét a fehérjék egy bizonyos csoportjára irányítsa, és ez vezetett az EnCYP81AN15 és EnMT4 nevű enzimek felfedezéséhez.

A kérdéses enzimek által elvégzett molekuláris „origami”, nem csak abba kínál fontos betekintést, hogyan keletkezik a kokain egy komplex kémiai reakciósorban, de meg is erősíti a kapcsolatot a két farmakológiailag jelentős növényi vegyület között. És bár a folyamatok kapcsán ezen a ponton még mindig maradt néhány apró hiányosság, a kutatók biztosak voltak abban, hogy ezek hátterében már a biokémiában jól ismert enzimek és lépések állnak.

Ennek demonstrálására hat kokaintermelésben szerepet játszó gént juttattak be a Nicotiana benthamiana nevű ausztrál dohánynövény genomjába, majd hagyták, hogy a genetikai hibrid maga töltse ki az esetleges hézagokat a „gyanús” enzimek saját verzióival. És a megoldás bevált: a génmódosított dohánynövények valóban kokaint állítottak elő, ami erős bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy a csapat valóban kiismerte a kokain termelődésének lépéseit.

A kutatás kapcsán sok kérdés felmerülhet. Az egyik az, hogy egy ilyen eredmény és módszer milyen hatással lesz a kokain illegális előállítására. Ami azonban a pozitívumokat illeti, a most felderített folyamatok fontos gyógyszeripari következményekkel járhatnak. Bár a kokaint  – ahogy már említettük – biztosan nem dohányon fogják termeszteni a jövőben, más megoldásokkal, például baktériumok és gombák révén a módszer lemásolva hatékony módot kínálhat a vegyület, és más hasonló vegyületek előállítására is.