Kokain kan kanske användas som bedövning

Ett avgörande steg i den process kokaväxter använder för att producera kokain har upptäckts, och kan möjligen bana väg för nya smärtstillande medel, som inte leder till beroende.

Trots kokains dåliga rykte liknar drogen kemiskt sett ett antal bedövande och stimulerande medel, som används helt lagligt varje dag. En förståelse av hur kokain bildas i kokaväxten kan därför möjligen leda till nya bedövningsmedel, som inte utlöser beroende, säger undersökningens upphovsmän.

”Växter kan inte springa sin väg, så för att överleva måste de vara jordens bästa kemister” säger en av personerna bakom undersökningen, John D'Auria, som är biokemist på Max Planck-institutet för kemisk ekologi i Tyskland.

”De skapar kemikalier som andra organismer helt enkelt inte kan bilda, däribland kokain.”

För att maximera ett ämnes positiva egenskaper för människor, säger han, ”måste vi emellertid veta något om hur växterna producerar det. Om man förstår biokemin, kan man kanske ta bort de dåliga egenskaperna och bevara de bedövande”.

Kokain har lång medicinsk historia

Sydamerikaner har odlat koka i omkring 8000 år.

”Koka har stor betydelse som inkomstbringande gröda för Sydamerika och som källa till en ökänd drog, som säljs på gatorna, men det har även en medicinsk historia”, säger John D'Auria.

Infödda stammar som odlade koka tuggade dess blad som ett inslag i religiösa ritualer och för att dämpa hunger och törst.

Trots det vet vi i dag väldigt lite om hur växten producerar kokain, och det beror delvis på att ämnet är olagligt – få, om några laboratorier i USA har tillåtelse att odla koka eller studera kokain, som tillhör en grupp ämnen som kallas tropan-alkaloider.

För att kasta ljus över kokainets mysterier studerade John D'Auria och hans grupp inledningsvis en liknande, men lagligt odlad familj av blommande växter vid namn Solanaceae, även känd som potatisfamiljen.

Trots att kokain tillhör en annan familj, producerar många Solanaceae-växter också tropan-alkaloider, och en del av dem har använts för att framställa mediciner som utvidgar pupillerna, motverkar åksjuka eller motverkar magsår.

John D'Aurias grupp upptäckte dock att kokaplantor inte använder samma enzymer som Solanaceae-växter för att bygga upp sina tropan-alkaloidmolekyler.

Det är överraskande, säger han, eftersom alkaloiderna är komplexa molekyler, som det krävs många steg för att skapa, och evolutionen håller i regel fast vid de bästa lösningarna snarare än att uppfinna dem på nytt.

”Något annat är att rötterna hos Solanaceae producerar tropan-alkaloider. Koka gör det i bladen, och det är en mycket väsentlig skillnad”, säger John D'Auria. ”Det betyder att naturen har funnit två mycket olika sätt att bilda två mycket snarlika ämnen på, och det är verkligen imponerande, tycker jag.”

För att belysa ett av stegen i produktionen av kokain arbetade John D'Auria och hans kollegor sig baklänges och använde kemiska reaktioner för att bryta ned den färdiga molekylen, som ser ut som två kolbaserade ringar, som är inbördes förbundna med syrebindningar.

Till sist fann gruppen ett enzym – och den gen som kodar för det – som förbereder kokainets huvudring på att smälta samman med bensoesyra, växtens näst sista steg i bildandet av ämnet.

Hur blir kokain till medicin?

Nästa steg för forskarna blir att publicera en undersökning av det sista steget i kokainbildningsprocessen, och de hoppas kunna upprepa de tidigare stegen, tills hela vägen kartlagts.

Biokemisten Toni Kutchan, som studerar medicinska ämnen på Donald Danforth växtforskningscenter i USA, säger att arbetet inte är en uppenbarelse, men att det har betydelse för försöken att lösa gåtan om hur kokain bildas.

”Detta är ett av många steg, så det kommer att bli intressant att se vad de avslöjar i nästa undersökning”, säger hon.

Toni Kutchan säger dessutom att hon skulle vilja veta varför kokaväxten över huvud taget har börjat bilda en så komplex molekyl.

Medförfattaren John D'Auria avslöjar lite genom att påpeka att naturens eget syfte med kokain möjligen är att döda insekter.

Tidigare arbeten har visat att en stor mängd kokain i odlade kokaplantor – upp till tio procent av torrvikten av unga blad – verkar som ett insektsmedel. Han säger att fler undersökningar av växtens vilda förfäder kan bidra till att lösa gåtan.

”Vi är mycket intresserade av det och arbetar med frågan”, säger John D'Auria och tillägger att hans grupp just nu studerar sex släktingar till koka i laboratoriet, och ”vi arbetar på att få fram de växtätande insekter som man vet livnär sig på den.”

Den nya undersökningen av hur växter bildar kokain publicerades förra veckan i onlinetidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences.