קוקאין במקום טבק

הקוקאין מוכר לאנושות כבר אלפי שנים וזכה לשימושים רבים: החל בשימוש הפולחני שעשו בו בני האינקה בהרי האנדים, וכלה בצריכתו כסם ממריץ או כתכשיר להרדמה מקומית בטיפולים רפואיים מסוימים בימינו. מדובר בסם מסוכן וממכר, שהשימוש והמסחר בו אסורים בישראל ובעולם כולו פרט לצרכים רפואיים מוגדרים. עקב מחירו הגבוה וההגבלות החוקיות הקשות עליו, חוקרים מחפשים דרכים חדשות וזולות יותר להפיק אותו. כעת נראה שהפתרון עשוי להימצא דווקא בעליו של צמח הטבק.

מבחינה כימית, הקוקאין הוא תרכובת ממשפחת מולקולות אורגניות בשם אלקלואיד טרופן. הוא מיוצר בטבע בעליו של צמח הקוקה, שמקורו בפרו, בבוליביה ובאקוודור. במשך אלפי שנים למדו בני האדם לנצל את השפעותיה הנרחבות של התרכובת על מערכת העצבים. במרכז אמריקה ודרומה נהגו, למשל, ללעוס את עלי הקוקה כדי לדכא את תחושות הרעב והצמא ולשיפור מצב הרוח. במאה ה-19, קוקאין שימש רופאים כחומר הרדמה מקומי עבור ניתוחי עיניים. במרוצת השנים נעשה שימוש בתמצית הקוקה בתור מרכיב פעיל במגוון תרופות, ואף הוסיפו אותה בכמויות קטנות למשקאות קלים - המקרה המפורסם ביותר הוא כמובן הגרסאות המוקדמות של קוקה-קולה. בעקבות השימוש הנרחב בו, נחשפו בהדרגה תכונותיו הממכרות של הקוקאין והשפעותיו השליליות על הבריאות, ובראשית המאה העשרים השימוש בו נאסר, מלבד למטרות מעטות ומסוימות.

הקוקאין מיוצר בטבע בעליו של צמח הקוקה, שמקורו בפרו, בבוליביה ובאקוודור. צמח הקוקה | Shutterstock, Greentellect Studio

המסלול המהיר לקוקאין

עד כה, במשך קרוב למאה שנה של מחקר, לא הצליחו מדענים לפענח את המסלול המדויק שבו מיוצר הקוקאין בעלי צמח הקוקה. כאן נכנסת לתמונה תרכובת נוספת ממשפחת אלקלואיד טרופן, היוסציאמין (Hyoscyamine), שמפיקים צמחים מסוימים ממשפחת הסולניים. המבנה הכימי של קוקאין ושל היוסציאמין הוא דומה מאוד, ובתהליך הייצור של שתיהן בטבע מעורבת תרכובת מקדימה בשם MPOA. אך בשונה מקוקאין, לאחרונה הצליח מחקר לשפוך אור על המסלול שבו צמחים מפיקים תרכובות היוסציאמין. 

על מנת לפענח את המסלול המלא של הפקת הקוקאין בצמחי הקוקה, חוקרים מהמכון הסיני לבוטניקה בקונמינג הניחו שבצמח הקוקה מתרחש תהליך דומה לתהליך הייצור של ההיוסציאמין. על פי ההנחה, תרכובת ה-MPOA צריכה לעבור תחילה תהליך של הוספת קבוצת מתיל, ליצירת תרכובת בשם MMPO, שזוהתה עוד קודם בצמחי הקוקה. בשלב הבא, תרכובת ה-MMPO אמורה להתחמצן, בדומה למה שמתרחש במהלך ייצור היוסמיאצין, וכך ליצור את הקוקאין. עם זאת, הם לא מצאו בצמח הקוקה את החלבונים המתאימים לביצוע התהליכים הללו.

כדי לזהות את החלבונים הנכונים יצרו החוקרים בעזרת הנדסה גנטית צמח טבק שמסוגל לייצר קוקאין בעלים שלו. לשם כך הם גרמו לצמח לייצר שני חלבונים שהיה יסוד סביר להניח כי הם אלה שמבצעים בפועל את התהליכים הנחוצים לבניית מולקולת הקוקאין. ההנחה אושרה, ונמצא כי הוספת שני החלבונים הללו לארבעה אחרים שהיו מוכרים קודם לכן אפשרה לחוקרים למפות באופן כמעט מלא את השלבים שבהם הצמח מייצר את הקוקאין מחומרי הגלם.

המחקר שופך אור על האופן שבו מיוצרים הקוקאין ותרכובות אלקלואיד טרופן אחרות, שלחלקן יש שימושים רפואיים ותעשייתיים. יתרה מכך, המחקר פותח צוהר לפיתוח מסחרי של תרכובות חדשות בעלות פוטנציאל רפואי, ועשוי לאפשר את ייצורן באמצעות צמחים אחרים, שקל יותר לגדל מאשר את צמחי הקוקה, ואולי אף באמצעות חיידקים או פטריות.