Генетики создали растение-фабрику для синтеза пяти психоделиков

Международная команда исследователей под руководством израильских генетиков совершила прорыв в области биотехнологии: они заставили лабораторный вид табака Nicotiana benthamiana одновременно вырабатывать пять психоактивных соединений. В природе эти вещества происходят из разных источников — тропических кустарников, грибов и яда жаб пустыни Сонора. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Science Advances.

Как расшифровали путь синтеза ДМТ

В начале работы ученые сосредоточились на диметилтриптамине (ДМТ) — мощном психоделике, который в природе вырабатывается некоторыми растениями. Они впервые полностью расшифровали генетический механизм его производства: выделили ключевые гены и ферменты, ответственные за этот процесс у тропических кустарников. Затем эти гены были внедрены в Nicotiana benthamiana, и растение успешно начало синтезировать ДМТ.

От грибов и жаб к одному кусту

После успеха с ДМТ биологи добавили в листья гены, отвечающие за производство псилоцибина и псилоцина из грибов, а также буфотенина и 5-MeO-DMT из яда жабы. Однако на этом этапе возникла трудность: растение синтезировало 5-MeO-DMT в крайне малых количествах. Исследователи выяснили, что молекула вещества плохо подходит к активному центру фермента. Заменив одну аминокислоту в структуре фермента, они добились соответствия, увеличив выход этого соединения в 40 раз.

Финальным шагом стало объединение всех пяти генетических каскадов в одном кусте. Растение действительно начало одновременно производить все пять молекулы, однако возникла конкуренция за исходный субстрат — триптофан. Из-за этого общая эффективность каждого отдельного пути снизилась. Чтобы расширить возможности, ученые добавили бактериальные ферменты, что позволило получить модифицированные молекулы с атомами хлора и брома.

Почему это важно для науки

Классические психоделики, такие как ДМТ, псилоцибин и 5-MeO-DMT, строятся на базе аминокислоты триптофана — из нее же человеческий организм производит серотонин. Из-за сходства химической структуры эти вещества способны связываться с серотониновыми рецепторами мозга, что делает их ценными для изучения нейропластичности и механизмов восстановления нейронных связей.

Сегодня эти соединения добывают из редких природных источников, что вызывает экологические и этические проблемы. Например, жабы пустыни Сонора, выделяющие мощный 5-MeO-DMT, страдают от потери среды обитания и браконьерского отлова. Химический синтез в лаборатории сложен, дорог и оставляет токсичные отходы. Новая технология предлагает альтернативу: программируемая биологическая фабрика на основе растения может быстро производить чистые вещества в контролируемых условиях.

Авторы работы отмечают, что в перспективе можно будет создавать еще более сложные многокомпонентные смеси. Это даст нейробиологам возобновляемый источник материалов для изучения принципов работы мозга. На данный момент ученые уже продемонстрировали возможность модификации получаемых молекул, добавляя атомы галогенов, что расширяет спектр потенциальных соединений.