Opiumvalmuen - døgnsvingninger og morfinproduktion
Koncentrationen af morfin i opiumvalmuens mælkesaft svinger mere end 100 procent i løbet af et døgn med maksimale niveauer i dagtimerne. Nye undersøgelser peger på, at morfin er et akkumuleret slutprodukt i plantens stofskifte - ganske som man mente for 35 år siden.
Af Kim Itenov og Per Mølgaard
- Den centrale figur i den klassiske afhandling af Fairbairn & Wassel (1964), som er baggrunden for antagelsen at alkalodindholdet svinger voldsomt inden for døgnet. Figuren er gentaget i et stort antal review-artikler og lærebøger og er aldrig blevet betvivlet.
Indenfor planteriget er døgnsvingninger som resultatet af den lysstyrede fotosyntese den mest udbredte årsag til døgnvariationer i koncentrationen af de stofskifteprodukter, som planterne danner. Siden begyndelsen af 1960´erne har svingninger i indholdet af kvælstofholdige stofskifteprodukter, specielt alkaloider, været genstand for intense studier.
I opiumvalmuen, Papaver somniferum, forekommer alkaloiderne i mælkesaften i en speciel celletype, mælkekarrene, hvor stofferne akkumuleres i små sække, der kaldes vesikler. Døgnsvingninger i alkaloidkoncentrationen i mælkesaften af de økonomisk vigtige opiumalkaloider morfin, codein og thebain er tidligere blevet påvist med udsving på mere end 200 procent for codein og mere end 100 procent for morfin og thebain. Det skete i en klassisk artikel, som blev offentliggjort af Fairbairn og Wassel i 1964.
Fairbairn og Wassel tolkede de store svingninger i koncentrationen som resultatet af en hurtig omsætning af alkaloiderne i en irreversibel biokemisk proces, som går fra thebain over codein til morfin. Resultaterne var epokegørende og medførte, at tidligere antagelser, der gik ud på, at morfin udgjorde et akkumuleret affaldsprodukt i planten, blev forkastet.
Fairbairns forskergruppe ved University of London forsøgte efterfølgende at forklare morfins forsvinden ved blandt andet at antage, at alkaloiderne indgår i plantens energistofskifte og proteinsyntese, eller aflejres i frøene som en bundet form.
Hvis den opstillede hypotese om hurtig omsætning af opiumalkaloiderne er korrekt, har indsamlingstidspunktet og håndteringen af stoffet en afgørende betydning for alkaloidindholdets kvalitative og kvantitative sammensætning. Det gælder både, når der er tale om indsamling af råopium på traditionel vis og ved høst af valmuestrå til industriel ekstraktion.
Vore nye undersøgelser tyder imidlertid på, at den oprindelige teori - at morfin er et akummuleret affaldsprodukt - er rigtig. Svingningerne i koncentrationen af morfin i mælkesaften kan i stedet forklares ud fra døgnvariationer i vandindholdet i planten. Der er hele tiden den samme totale mængde morfin, men koncentrationen svinger, fordi vandindholdet i mælkesaften varierer som en funktion af vandoptagelse og fordampning.
Morfins skæbne i valmuens stofskifte
For at afdække mysteriet om morfins skæbne i valmuens stofskifte har Danmarks Jordbrugsforskning og Danmarks Farmaceutiske Højskole i fællesskab udført en række dyrkningsforsøg med opiumvalmuen, der dels beskriver alkaloidudbyttet under danske klimaforhold, og dels gentager de tidligere forsøgsserier under anvendelse af forbedrede kemiske analysemetoder.
For at kunne beskrive de temperaturafhængige enzymprocessers reaktionshastighed i planten mere præcist blev dyrkningsforsøgene udlagt i nær tilknytning til en automatisk klimastation, der hvert tiende minut registrerer de vigtigste klimaparametre. Fra de umodne kapsler blev der i en 48-timers periode hver time i døgnet tappet mælkesaft, som blev analyseret for indholdet af vand og tørstof.
Tørstoffet i mælkesaften blev efter ekstraktionen analyseret for indhold af hovedalkaloiderne morfin, codein, thebain, noscapin og papaverin. Analyserne blev udført ved hjælp af højtryksvæskekromatografi (HPLC). Vores analyseresultater har stor lighed med den tidligere engelske undersøgelse, hvad angår døgnsvingningerne, og viste et maksimalt indhold af alkaloider midt på dagen og et lavt indhold om natten.
Efterfølgende dynamisk modelsimulering af analyseresultaterne og de dertil svarende klimadata viste imidlertid, at svingningerne i koncentrationen af thebain, codein og morfin ikke kunne forklares ved en irreversibel biokemisk proces. Derimod viste en statistisk analyse af resultaterne en høj grad af sammenhæng mellem morfinkoncentrationen og vandindholdet i mælkesaften samt med de klimatiske parametre solstråling, relativ luftfugtighed og temperatur.
- Døgnsvingninger for de parametre, der styrer fordampningen i den forsøgsperiode, hvor morfinindholdet er målt.
Vandindholdet i mælkesaften svinger
Den naturlige forklaring er, at vandindholdet i mælkesaften svinger i takt med det osmotiske potentiale i plantevævet, hvorved alkaloiderne skiftevis fortyndes og opkoncentreres. Osmose er den proces, som planterne bruger til at trække vand op gennem stænglerne. Princippet er, at vandet bevæger sig fra områder med lav koncentration til områder med høj koncentration, indtil koncentrationsforskellene er udlignet.
Plantens vandpotentiale er kontrolleret via transpirationen igennem bladenes læbeceller, der styres af de klimatiske parametre solstråling, relativ luftfugtighed, temperatur og vindhastighed. På cellulært niveau kan koncentrationsændringerne forklares som regulering af det osmotiske potentiale ved hjælp af ionkanaler, protonpumper og aquaporiner, som findes i cellemembranerne. Osmotisk regulering alene kan således forklare de iagttagne koncentrationssvingninger.
Som en logisk konsekvens af den nyfremsatte hypotese må den oprindelige teori - fra før Fairbairn og Wassels artikel fra 1964 - om morfin som et akkumuleret slutprodukt genfremsættes. Det er endvidere nødvendigt med det nye perspektiv at gentage flere af de undersøgelser, som dengang blev gjort for at forklare morfins forsvinden.
Selv om Fairbairn og hans forskergruppe ved University of London overså vandets funktion i deres epokegørende artikel, vil deres forskningsarbejde og den efterfølgende række af publikationer, der beskæftiger sig med opium og opiumvalmuen, stadig fremstå som et banebrydende arbejde indenfor den fytokemiske forskning.
Professor Ulf Nyman fra Institut for Medicinalkemi og forskningslektor Søren Nors Nielsen, Institut for Analytisk og Farmaceutisk Kemi har deltaget i diskussion og modelsimulering af vor nye teori.
- Døgnsvingninger i morfinkoncentrationen i mælkesaften af opiumvalmue under danske klimaforhold. Der er samme totale mængde til stede hele tiden, men koncentrationen svinger, fordi vandindholdet varierer som funktion af vandoptagelse og fordampning.
