Descubrimiento e ingeniería de la vía biosintética de la cocaína

Área de la Ciencia:

• Bioquímica de las plantas
• Ingeniería metabólica
• Biosíntesis de productos naturales

Sus antecedentes:

• La cocaína, un alcaloide tropano de las plantas *Erythroxylum*, se utiliza clínicamente como anestésico tópico.
• La biosíntesis de la metilecgonona, un precursor clave del esqueleto tropano, permaneció en gran medida desconocida.
• Las hipótesis anteriores sobre el orden de los pasos enzimáticos en la biosíntesis de la cocaína eran incompletas.

Objetivo del estudio:

• Identificar las enzimas faltantes responsables de los pasos de ciclización oxidativa y metilación en la biosíntesis de la cocaína.
• Para aclarar la secuencia correcta de las reacciones enzimáticas en la formación del esqueleto tropano.
• Para permitir la reconstrucción de novo de la biosíntesis de la cocaína en un sistema heterólogo.

Principales métodos:

• Expresión transitoria de los genes candidatos (*En*CYP81AN15 y *En*MT4) en *Nicotiana benthamiana*.
• Ensayos bioquímicos para determinar la función enzimática en la conversión del ácido 4-(1-metil-2-pirrolidinilo) -3-oxobutanoico (MPOA) en metilecgonona.
• Reconstrucción de novo de la vía de biosíntesis de la cocaína utilizando genes identificados y conocidos.

Principales resultados:

• Se identificaron dos enzimas, el citocromo P450 *En*CYP81AN15 y la metiltransferasa *En*MT4, como esenciales para la biosíntesis de la cocaína.
• *En*CYP81AN15 cataliza la ciclización oxidativa de *S*-MPOA a la ecgonona.
• *En*MT4 metila la ecgonona para formar la metilecgonona, estableciendo el orden biosintético correcto.
• El éxito de la reconstrucción de novo de la cocaína en N. benthamiana utilizando seis genes.

Conclusiones:

• El estudio aclara una vía de biosíntesis casi completa para la cocaína, corrigiendo suposiciones anteriores.
• Proporciona información crítica sobre las vías metabólicas de los alcaloides de tropano en las plantas.
• Permite la síntesis heteróloga de alcaloides de tropano, con implicaciones significativas para el desarrollo farmacéutico.