Las hojas de la planta de coca (Erythroxylum) producen cocaína con la finalidad de defenderse de los hambrientos insectos, sin embargo desde hace miles de años, ha sido utilizada por los seres humanos como un estimulante y anestésico.
Saber cómo las plantas llevan a cabo esta hazaña de ingeniería química sería una gran victoria para la industria farmacéutica y ayudaría a los biólogos a comprender mejor la evolución de pesticidas similares en todo el reino vegetal.
Sin embargo, la enorme complejidad de la producción de este producto químico ha sido uno de los secretos mejor guardados de la naturaleza, que los científicos han pasado la mayor parte de un siglo desentrañando.
De acuerdo un estudio publicado en el Journal of the American Chemical Society, investigadores del Instituto de Botánica de Kunming (China) han descubierto por fin los últimos pasos importantes del proceso biosintético.
No sólo han trazado la ruta bioquímica de la producción de cocaína, sino que también han reconstruido toda la cadena dentro de una humilde planta de tabaco.
Es poco probable que el proceso de forzar al tabaco a producir cocaína mejore alguna vez los métodos actuales de producción, ni proporcione ningún avance serio sobre nuevas formas de producir estimulantes.
Pero un método similar con bacterias o levaduras podría revolucionar algún día la forma de diseñar e industrializar productos farmacéuticos.
La cocaína pertenece a una clase de moléculas orgánicas conocidas como alcaloides tropánicos. Toda una familia de plantas ha desarrollado formas de fabricar estas sustancias químicas para frustrar a los herbívoros y, a su vez, los humanos hemos aprovechado los efectos incidentales que tienen en nuestra propia biología.
La hiosciamina, por ejemplo, es un alcaloide tropánico. Fabricada por la belladona, hemos utilizado la hiosciamina con fines medicinales para dilatar nuestras pupilas, paralizar nuestras glándulas de saliva durante la cirugía y tratar nuestros corazones agitados durante más de un siglo.
La historia del consumo de cocaína podría ser más larga, desde la masticación de hojas de coca para obtener un impulso energético desde la antigüedad hasta su uso como anestesia tópica en la cirugía moderna, pasando por sus efectos psicoactivos en forma de droga recreativa ilícita.
Desde el punto de vista químico, la cocaína tiene mucho en común con la hiosciamina, ya que recientemente se ha descubierto que ambas proceden del mismo precursor, una molécula llamada ácido 4-(1-metil-2-pirrolidinil)-3-oxobutanoico (o MPOA, para abreviar).
La diferencia estructural entre las dos moléculas es sutil pero crítica, aunque hasta ahora era un misterio cómo el Erythroxylum mitiga la crucial transformación del MPOA en cocaína.
Afortunadamente, el pequeño contraste en las estructuras moleculares fue suficiente para que los investigadores limitaran su búsqueda a un grupo particular de proteínas, lo que llevó al descubrimiento de un par de enzimas apodadas EnCYP81AN15 y EnMT4.
El origami molecular del que son responsables cada una de ellas no sólo completa pasos cruciales sobre cómo surge la cocaína de una enrevesada línea de producción química, sino que refuerza la relación entre dos compuestos vegetales de gran importancia farmacológica.
Quedan algunos pequeños agujeros en el mapa, aunque los investigadores confían en que enzimas bien conocidas por la bioquímica podrían hacer fácilmente el trabajo.
Para demostrarlo, introdujeron seis genes de producción de cocaína en la planta de tabaco Nicotiana benthamiana, dejando que el híbrido genético rellenara los huecos con sus propias versiones de las enzimas sospechosas.
Efectivamente, las plantas de tabaco modificadas generaron cocaína, lo que demostró que el equipo sabía cómo se fabrica la cocaína.
Dejando a un lado la cuestión de cómo podría afectar a su fabricación ilícita – si es que lo hace – el conocimiento podría tener profundas implicaciones para la industria farmacéutica, permitiendo a los investigadores ajustar la fórmula y descubrir potencialmente nuevos compuestos bioactivos con mucha más eficacia.
Derivados de la cocaína, como el clorhidrato de cocaína, han sido aprobados por la FDA para su uso como anestésicos locales tan recientemente como en 2020, lo que demuestra que este antiguo estimulante está lejos de ser una reliquia de la historia.
