Der Saft des Schlafmohns (Papaver somniferum) gehört zu den ältesten Arzneimitteln der Menschheit. Schon unsere Vorfahren in der Jungsteinzeit nutzten das Opium zu medizinischen Zwecken und auch heute noch werden die in ihm enthaltenen Alkaloide für die Therapie von zahlreichen Leiden eingesetzt. So können Morphine beispielsweise starke Schmerzen lindern und Noscapin sowie Codein Husten stillen. Daneben wirken Opium und seine Varianten jedoch auch als Rauschmittel und können psychisch wie physisch abhängig machen. “Der Schlafmohn war schon immer sowohl Freund als auch Feind des Menschen”, schreiben Wissenschaftler um Li Guo von der Xi’an Jiaotong Universität in China. Sie haben sich nun auf die Suche nach dem Geheimnis hinter den mannigfaltigen Wirkweisen dieser Pflanze gemacht – in deren Genom.
Eine entscheidende Fusion
Für ihre Studie sequenzierten die Forscher fast das gesamte Erbgut des Schlafmohns , das mit 2,7 Milliarden Basenpaaren in etwa so groß ist wie das menschliche Genom. Dabei stellten sie fest: Ein Großteil des Erbguts dieser Pflanze besteht aus sich wiederholenden Sequenzen – Elementen, die sich ähnlich vervielfältigen können wie Viren. Diese Fähigkeit könnte für die heutige Wirkstoffvielfalt des Mohns eine wichtige Rolle gespielt haben, wie das Team berichtet. Denn werden Gene verdoppelt, können die replizierten DNA-Abschnitte neue Funktionen entwickeln. Auf diese Weise entsteht in der Pflanze beispielsweise eine komplett neue Maschinerie, um eine Vielzahl chemischer Komponenten herzustellen – Komponenten wie Noscapin, Codein und Morphin.
Die Analyse zeigte, dass für die Produktion dieser Alkaloide eine große Gruppe von 15 Genen verantwortlich ist. Sie enthält die Bauanleitung für Enzyme, die bei zwei ganz unterschiedlichen Synthesewegen mitmischen. Der eine führt zur Produktion von Noscapin, der andere zu Vorstufen von Codein und Morphin. Interessant dabei: Dieses Gencluster ist aus evolutionärer Sicht noch erstaunlich jung. Es entstand den Wissenschaftlern zufolge durch die Fusion bestimmter Erbgutabschnitte vor rund 7,8 Millionen Jahren. Kurz danach verdoppelte der Schlafmohn offenbar sein komplettes Genom. “Es ist faszinierend, dass durch eine Reihe von Duplikationen und Fusionen zwei Synthesewege in einer Genomregion zusammengekommen sind – und die Produktion neuer metabolischer Komponenten ermöglicht haben”, konstatiert Guos Kollege Kai Ye.
Ertragreichere Pflanzen?
“Biochemiker interessiert seit Jahrzehnten, wie Pflanzen sich zu einer der reichsten Quellen chemisch vielfältiger Wirkstoffe entwickelt haben. Wir haben nun gezeigt, wie dies beim Schlafmohn passiert ist”, schließen die Wissenschaftler. Sie erhoffen sich von dem nun sequenzierten Genom auch praktische Anwendungsmöglichkeiten – zum Beispiel Erkenntnisse darüber, wie ertragreichere und widerstandsfähigere Mohnpflanzen gezüchtet werden können. Denn obwohl Wissenschaftler Morphin und Co mittlerweile auch synthetisch im Labor herstellen können, bleibt der Schlafmohn die günstigste und wichtigste Quelle dieser für die Medizin so bedeutsamen Stoffe.
