Βρέθηκε το γονίδιο της μορφίνης. Scientists crack gene secret that lets poppies make morphine

Santiago Rusinol, Morphine, 1894. Οι τελευταίες έρευνες φέρνουν πιο κοντά την δημιουργία συνθετικής μορφίνης. The last piece of the poppy puzzle is now in hand: Plant geneticists have isolated the gene in the plant that carries out the last unknown step in converting glucose and other simple compounds into codeine, morphine, and a wide variety of other medicines. The discovery sets the stage for splicing the full suite of genes needed to produce these drugs into yeast, which could then produce safer and cheaper versions.

Επιστήμονες στη Βρετανία εντόπισαν ένα γονίδιο-κλειδί (STORR), που επιτρέπει στην παπαρούνα του οπίου να παράγει φυσική μορφίνη. Η ανακάλυψη αποτελεί το τελικό βήμα, το κομμάτι που έλειπε έως τώρα από το «παζλ», για την παραγωγή συνθετικής μορφίνης, κωδεΐνης και άλλων οπιούχων ουσιών από γενετικά τροποποιημένους μικροοργανισμούς, πράγμα που -αν όντως συμβεί- θα μειώσει σημαντικά τις ιατρικές ανάγκες για την καλλιέργεια οπίου. Παράλληλα όμως, αυξάνονται οι ανησυχίες για τη δημιουργία «σπιτικής» μορφίνης στο μέλλον.

Πρόσφατα, άλλοι επιστήμονες είχαν ανακοινώσει ότι αποκωδικοποίησαν πλέον όλα σχεδόν τα βήματα για κάτι τέτοιο, φθάνοντας σκοπίμως ένα βήμα πριν το τελικό στάδιο, θεωρώντας ότι το ζήτημα είναι σοβαρό και πρέπει προηγουμένως να υπάρξει ευρεία διαβούλευση των επιστημόνων και της κοινωνίας.

Η ανακάλυψη

The STORR gene allows poppies to produce opiates. A field of poppies are seen in the afternoon sun in Trumilly, France, June 8, 2015. Credit: REUTERS/BENOIT TESSIER

Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Υόρκης, σε συνεργασία με επιστήμονες της φαρμακευτικής εταιρείας GlaxoSmithKline  απομόνωσαν το γονίδιο STORR, το οποίο ρυθμίζει το τελευταίο στάδιο για την μετατροπή των σακχάρων του φυτού του οπίου σε μορφίνη και κωδεΐνη.

Εδώ και πολλούς αιώνες, οι οπιούχες ουσίες αποτελούν τη βασική πηγή των αναλγητικών φαρμάκων, ιδίως για τον έντονο πόνο, αποτελώντας σήμερα μια παγκόσμια αγορά περίπου 12 δισεκατομμυρίων δολαρίων ετησίως. Η αποκρυπτογράφηση των γενετικών μυστικών του φυτού του οπίου επιτρέπει πλέον στους επιστήμονες να χρησιμοποιήσουν κατάλληλα μεταλλαγμένους μικροοργανισμούς (μύκητες και μικρόβια), ώστε να κάνουν αυτοί τη «δουλειά».

Η συνθετική

The final gene responsible for making morphine has been identified in poppy plants, setting the stage for engineering the full pathway into microbes. Credit: MANFRED/PHODO/ISTOCK

Το επόμενο βήμα θα είναι να επιχειρηθεί ακριβώς αυτό, κάτι που αναμένεται να γίνει πραγματικότητα σε λίγα χρόνια. Παραμένει πάντως αβέβαιο κατά πόσο στο μέλλον θα είναι βιοχημικά αποδοτική και οικονομικά βιώσιμη η παραγωγή συνθετικής μορφίνης, με δεδομένο ότι η φύση έχει επιτρέψει στην παπαρούνα του οπίου να είναι ένα άκρως αποτελεσματικό «εργαστήριο».

«Οι παπαρούνες δεν πρόκειται να αντικασταθούν μέσα σε μια νύχτα», δήλωσε ο καθηγητής του Τμήματος Βιολογίας του Πανεπιστημίου της Υόρκης Ίαν Γκράχαμ, επικεφαλής της νέας έρευνας.

Όπως είπε, αν και είναι πλέον εφικτό να παραχθούν οπιούχα από γενετικά τροποποιημένους μύκητες (π.χ. μαγιά μπύρας), πιθανότερο είναι ότι, αρχικά τουλάχιστον, οι νέες γνώσεις θα αξιοποιηθούν για να βελτιωθεί περαιτέρω η παπαρούνα του οπίου. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιο μαζικές αγροτικές καλλιέργειες για την παραγωγή οπιούχων ιατρικών ουσιών. Η ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science».

Άστρο «Χάνιμπαλ» τρώει το «Μοχθηρό» άστρο του Σύμπαντος. Strange 'Nasty' Star May Be Spawned by Cosmic Cannibalism

Σπάνιο φαινόμενο κοσμικού κανιβαλισμού σε απόσταση τριών χιλιάδων ετών φωτός. Καλλιτεχνική απεικόνιση του εντυπωσιακού φαινομένου με το ένα άστρο να απορροφά την ύλη ενός γειτονικού του με την όλη διαδικασία να παράγει ένα εντυπωσιακό νέφος ύλης. This illustration reveals a vast disk of gas surrounding the Wolf-Rayet star Nasty 1, shown at center. A close companion star is pulling gas from the star, shown by the bridge of bright material connecting the two stars. This act of celestial cannibalism exposes the massive star’s hot, helium core. Some of the material, however, is escaping into space, forming the huge disk. This disk structure has never been seen before around a Wolf-Rayet star. Image credit: NASA / ESA / G. Bacon, STScI.

Ομάδα ερευνητών εντόπισε ένα εντυπωσιακό αλλά και πολύ ενδιαφέρον κοσμικό φαινόμενο. Ένα άστρο που ανήκει σε μια πολύ σπάνια κατηγορία είναι θύμα κανιβαλισμού από ένα γειτονικό του άστρο.

Το Μοχθηρό

A pancake-shaped disk of gas circles around an extremely bright star nicknamed "Nasty 1," in our Milky Way galaxy. Credit: NASA, ESA, and J. Mauerhan (University of California, Berkeley)

Το 1963 δύο αστρονόμοι ανακάλυψαν σε απόσταση τριών χιλιάδων ετών φωτός από εμάς ένα άστρο το οποίο ονομάστηκε NaSt1 από τα αρχικά των επιθέτων των δύο ερευνητών (Νασάου και Στίβενσον). Όμως στην αστρονομική κοινότητα το άστρο αυτό απέκτησε το…παρατσούκλι «Μοχθηρό» επειδή η αντίστοιχη αγγλική λέξη (nasty) έμοιαζε πολύ με το όνομα του. Πρόκειται για ένα άστρο που ανήκει σε ένα σπάνιο είδος γιγάντιων άστρων που οι επιστήμονες ονομάζουν Wolf-Rayet. Μέχρι σήμερα έχουν εντοπισθεί μόλις 300 τέτοια άστρα στο Σύμπαν.

Τα άστρα Wolf-Rayet έχουν μάζα 20 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου. Πρόκειται για ιδιαίτερα φωτεινά άστρα που διοχετεύουν συνεχώς ύλη στο διάστημα με τη μορφή του αστρικού ανέμου με αποτέλεσμα να σχηματίζονται φυσαλίδες στο διαστρικό μέσο. Η σπανιότητα των Wolf-Rayet δεν έχει επιτρέψει στους επιστήμονες να αποκτήσουν πολλές γνώσεις για αυτά. Δεν υπάρχουν πολλά διαθέσιμα στοιχεία για το πώς δημιουργούνται, πώς εξελίσσονται και πόση είναι η διάρκεια της ζωής τους. Αυτό που γνωρίζουμε είναι ότι τα Wolf-Rayet μετατρέπονται σε υπερκαινοφανείς αστέρες.

O κανίβαλος

Astronomers using the Wide Field Camera 3 on NASA’s Hubble Space Telescope have discovered a pancake-shaped disk of gas around an extremely bright star in the Milky Way Galaxy. The star is nicknamed ‘Nasty 1,’ derived from its catalog name of NaSt1. Compass and scale image of the Wolf-Rayet star Nasty 1. Image credit: NASA / ESA / Z. Levay, STScI / J. Mauerhan, University of California, Berkeley.

Ερευνητές με επικεφαλής επιστήμονες του Πανεπιστημίου Μπέρκλι στις ΗΠΑ έστρεψαν τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και Chandra στο Nast1 και διαπίστωσαν ότι γύρω από το άστρο έχει σχηματιστεί ένα κολοσσιαίο νέφος πυκνής κοσμικής ύλης. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των ερευνητών το νέφος αυτό έχει διάμετρο περίπου 3 τρισεκατομμύρια χλμ! Σύμφωνα με τους ερευνητές το νέφος αυτό κρύβει στο εσωτερικό του ένα άλλο άστρο το οποίο ρουφάει την ύλη του Nast1. Όμως το άστρο κανίβαλος δεν μπορεί να απορροφήσει ολόκληρη την ύλη του Nast1 με αποτέλεσμα ότι περισσεύει να σχηματίζει το πυκνό νέφος. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι το άστρο-κανίβαλος κάποια στιγμή στο μέλλον θα καταστραφεί σε μια έκρηξη σουπερνόβα. H ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (arXiv.org preprint)».

Θωρακισμένη σαύρα ήταν ο παππούς των σημερινών χελωνών. 'Armored lizard' was ancestor of today's turtles

Pappochelys: η σαύρα που αποφάσισε να γίνει χελώνα. A team of paleontologists has discovered a new species of turtle-like reptile that lived in what is now Germany during the Middle Triassic period, approximately 240 million years ago. According to the team, this extinct creature, named Pappochelys, is a missing link in the evolutionary history of turtles. An artist’s reconstruction of Pappochelys. Image credit: Rainer Schoch / Stuttgart Natural History Museum / Sci-News.com.

Δέκα εκατομμύρια χρόνια πριν από την εμφάνιση των πρώτων δεινόσαυρων, μια κοντόχοντρη σαύρα άρχισε να εφευρίσκει νέες αμυντικές τακτικές. Ονομάστηκε Pappochelys, δηλαδή παππούς των σημερινών χελωνών.

Η ανακάλυψη

Ζούσε δέκα εκατομμύρια χρόνια πριν από την εμφάνιση των πρώτων δεινόσαυρων. Fossil specimen of Pappochelys. Image credit: Rainer Schoch / Stuttgart Natural History Museum.

Απολιθώματα αυτού του μεταβατικού πλάσματος ανακαλύφθηκαν μέσα στα ιζήματα μιας αρχαίας λίμνης στην περιοχή της σημερινής Γερμανίας. Χρονολογούνται στην τριαδική περίοδο, πριν από 240 εκατομμύρια χρόνια, και είναι τουλάχιστον 20 εκατομμύρια χρόνια παλαιότερα από την πρώτη πραγματική χελώνα.

«Τα μεταβατικά πλάσματα είναι η σημαντικότερη συνεισφορά της παλαιοντολογίας στη μελέτη της εξέλιξης» επισημαίνει ο Ράινερ Σοκ του Μουσείου Φυσικής Ιστορίας της Στουτγάρδης, μέλος της ερευνητικής ομάδας. «Δείχνουν πώς οι περίπλοκες δομές όπως το κρανίο ή το καβούκι σχηματίστηκαν βήμα-βήμα» εξηγεί.

Pappochelys did not have the full shell seen in modern turtles but did have a bony plate, shown in red above, on its underside that scientists believe was the early stages of evolution of a shell. They say it may have helped provide protection and acted as a bouyancy aid for the creature in the watery environment where it lived.

Το Pappochelys rosinae είχε μήκος 20 εκατοστά, από τα οποία το μισό αντιστοιχούσε στην ουρά. Το ενδιαφέρον με αυτό το ερπετό είναι ο σκελετός του, ο οποίος δείχνει να βρίσκεται στα αρχικά στάδια της μεταμόρφωσης σε καβούκι: τα πλευρά στον ογκώδη θώρακα ήταν πλατιά και πυκνά και είχαν αρχίσει να σχηματίζουν συμφύσεις. Στις μεταγενέστερες χελώνες, τα οστά αυτά ενώνονται πλήρως και συνδυάζονται με οστά του ώμου για να σχηματίσουν το καβούκι στη ράχη του ζώου. Στην πλευρά της κοιλιάς, το Pappochelys έφερε γαστράλια, ελεύθερα οστά που μοιάζουν με πλευρά και στα μεταγενέστερα είδη σχηματίζουν το πλάστρο, ή το κάτω μέρος της θωράκισης των χελωνών.

Στην κορυφή του δέντρου

Researchers say the new fossil can help fill a 40 million year gap in the evolution of turtles and suggests their shells evolved in an aquatic environment before the creatures moved to the oceans, like the green turtle above.

Το Pappochelys μπορεί να ήταν πρόγονος όλων των σημερινών χελωνών ή απλός συγγενής. Παρόλα αυτά, η ανακάλυψή του, η οποία δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature», είναι σημαντική καθώς αποκαλύπτει τα στάδια μιας μεταμόρφωσης που διήρκεσε δεκάδες εκατομμύρια χρόνια.

The primitive turtle also had thick ribs that are typical of other animals that live in aquatic or semi aquatic environments, as can be seen in the diagram above, which were separate from the bony plate shown in red.

Τι ήταν όμως αυτό που πυροδότησε αυτή τη μεταμόρφωση; Όλα τα απολιθώματα του Pappochelys βρέθηκαν μέσα σε ιζήματα, ένδειξη ότι το πλάσμα κολυμπούσε ή τουλάχιστον ζούσε στις ακτές. Μια εξήγηση είναι ότι τα στιβαρά, διογκωμένα οστά λειτουργούσαν σαν βαρίδια και επέτρεπαν στο ζώο να καταδύεται μέχρι το βυθό. Τα δόντια, εξάλλου, δείχνουν κατάλληλα για τη σύλληψη σκουληκιών και άλλων μαλακών πλασμάτων που μπορεί να ζουν στη λίμνη.

Μια δεύτερη πιθανότητα, η οποία μπορεί να συνδυάστηκε με την πρώτη, είναι ότι ο στιβαρός σκελετός προστάτευε τη σαύρα από θηρευτές, ειδικά όταν καταδυόταν στο νερό και κινδύνευε από επιθέσεις από οποιαδήποτε γωνία.

Και ο κίνδυνος ήταν σίγουρα υπαρκτός: ο μεγαλύτερος κυνηγός της λίμνης ήταν το Mastodonsaurus, ένα αμφίβιο μήκους πέντε μέτρων, ενώ στη στεριά καραδοκούσε ο Batrachotomus, ένας συγγενής των κροκόδειλων με μήκος έξι μέτρα.

Βρέθηκε το κέντρο της… παπαγαλίας. Why parrots are great vocal imitators

Georges Guyot, Perroquet, Parrot. Οι επιστήμονες κατάφεραν να βρουν από που πηγάζει η ανθρώπινη φωνή των παπαγάλων. Regions of bird's brain likely duplicated at least 29 million years ago. Scientists have uncovered key structural differences in parrot brains that may help explain why this group of bird species can mimic speech and songs so well. These brain structures went unrecognized in studies published in the past 34 years. The results may lend insight into the neural mechanisms of human speech.

Η ικανότητα του παπαγάλου να μιμείται πιστά τους ήχους που ακούει στο περιβάλλον του, μεταξύ των οποίων τις ανθρώπινες φωνές, φαίνεται πως κρύβεται στην μοναδική δομή μιας περιοχής του εγκεφάλου του, που μόλις ανακάλυψαν οι επιστήμονες, ρίχνοντας έτσι φως στο νευρωνικό μυστικό του... παπαγαλισμού.

Η ανακάλυψη

Εντοπίσθηκε η δομή του εγκεφάλου που επιτρέπει στο πτηνό να μιμείται την ανθρώπινη φωνή. The parrot's brain has a nested 'core and shell' structure for vocal learning. Neurons in the shell surrounding the established vocal centers of the parrot brain play a part in vocal learning and other complex motor behaviors, resolving controversies over the size of brain areas involved in song and speech imitation. Credit: Courtesy of Jonathan E. Lee, Duke University

Αμερικανοί και Ευρωπαίοι ερευνητές, με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή νευροβιολογίας Έριχ Τζάρβις του Πανεπιστημίου Ντιουκ της Β.Καρολίνας, ανακάλυψαν ότι ορισμένα «κυκλώματα» του εγκεφάλου του παπαγάλου έγιναν διπλά εδώ και τουλάχιστον 29 εκατομμύρια χρόνια.

Η εξελικτική αυτή ιδιορρυθμία φαίνεται πως επέτρεψε στον παπαγάλο να γίνει εξπέρ στις μιμήσεις των ήχων γύρω του, καθώς η ύπαρξη δύο πανομοιότυπων περιοχών στον εγκέφαλό του, τού δίνει τη δυνατότητα να αντιγράφει τους ήχους που ακούει και να τους επεξεργάζεται στα νευρωνικά κέντρα του. Ελάχιστα ζώα στη φύση -κυρίως πουλιά- μπορούν να μιμηθούν ήχους και φωνές όπως ο παπαγάλος. Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι η ανάλογη μιμητική δυνατότητα στον άνθρωπο προέκυψε μέσα από μια παρεμφερή αντιγραφή ορισμένων εγκεφαλικών κυκλωμάτων, αν και παραμένει άγνωστο πώς και γιατί αυτό συνέβη. Η ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «PLoS ONE».

Πηγή: Mukta Chakraborty, Solveig Walløe, Signe Nedergaard, Emma E. Fridel, Torben Dabelsteen, Bente Pakkenberg, Mads F. Bertelsen, Gerry M. Dorrestein, Steven E. Brauth, Sarah E. Durand, Erich D. Jarvis. Core and shell song systems unique to the parrot brain. Plos One, June 2015 DOI: 10.1371/journal.pone.0118496