Az ősi idők óta a borászok, sörfőzők és pékek az élesztő erjedési tulajdonságait kihasználva kenyeret kovácsoltak és alkoholos libátumokat készítettek. Most azonban a Stanfordi Egyetemen dolgozó tudósok egyedülálló célból genetikailag módosították ezt a reneszánsz mikrobát: az opiát fájdalomcsillapítók kiszivattyúzását.
kapcsolodo tartalom
- Aspirin négyéves története
- 11 ok a baktériumok, gombák és spórák szeretetére
- Az amerikai heroin túladagolás csaknem megnégyszereződik
Noha valószínűtlen, hogy a közeljövőben nem talál opiátot a helyi mikróüzemben, az eredmények nagy ígéretet mutatnak e gyógyszerek gyártási folyamatának felgyorsításában, valamint az ajtók megnyitásában új gyógyszerek felfedezéséhez.
„Sok gyógyszerünket a biotechnológia termeli a termelés felé” - mondja Christina Smolke, a tanulmány szerzője, a Stanford bioinformatikai egyetemi docens. "A növények nagyon kifinomult biokémiai tevékenységeket végeznek ezeknek a vegyületeknek a előállításához, de a kihívás az, hogy nem feltétlenül végezzék el hatékonyan."
A történelem során az összes opiát fájdalomcsillapító az ópiummákból származik, amelyet legálisan termesztenek például Ausztráliában, Európában és Indiában, és a gyártóközpontokba szállítják. A növényi vegyületeket ezután elkülönítik, finomítják és receptre gyógyszerré alakítják egy olyan folyamat során, amely akár egy évig is eltarthat a gazdaságból a gyógyszertárba.
Mint minden más növénytől függő termék, az opiátok kártevők által okozott fertőzésnek, szárazságnak, éghajlati változásoknak és más olyan változóknak vannak kitéve, amelyek képesek korlátozni az ismert gyógyszerek, például morfin, kodein, oxikodon és hidrokodon gyártását (ezeket Vicodin márkanéven ismerték) ). Ezen korlátozások miatt a kutatók a teljes gazdálkodási és gyártási folyamatot egyetlen bioreaktorba akartak tömöríteni, amely napok alatt fájdalomcsillapítókat tud előállítani.
"Meg akartuk mutatni, hogy el tud végezni egy olyan eljárást, amely hagyományosan eloszlik mind a biológiai, mind a kémiai szintézisben, és teljes mértékben integrálhatja az élesztő szintézis útján" - mondja Smolke.
Ösztönző precedensek léteztek a növényi alapú gyógyszerek szintetikus biológia felhasználásával történő létrehozására. 2006-ban az édes piszkosfából származó malálariaellenes artemisinint sikeresen előállították genetikailag módosított élesztősejtekből. Ez a bioszintézis folyamat gyorsan bővült - az élesztőből készült artemisinin a világ kínálatának körülbelül egyharmadát teszi ki. És ez év elején az UC Berkeley csapata sörélesztőt készített a morfin egyik építőkövévé.
Az élesztőnek az opiátok biokémiai úton történő bevezetésére a Stanford kutatóinak először le kellett bontaniuk és genetikailag újra létrehozniuk a szintézislánc minden enzim által támogatott lépését, amely a tirozint, az élesztő cukorból származó aminosavját tebainná alakítja. prekurzor sok általános opioid fájdalomcsillapítóhoz. A tudósok ezt követően beilleszthetik azokat a géneket, amelyek a tebain hidrokodonná történő átalakításához szükségesek. A biokémiai építési munkák elvégzése után a csapat technikai akadályba ütközött - nem tudtak megfelelő mennyiségű opioid terméket előállítani. Felfedezték, hogy az élesztő tévesen értelmezi a fehérje előállításának útmutatásait, amelyek ahhoz szükségesek, hogy elérjék a gyártósor kulcsfontosságú szakaszát.
"Ezután át kellett írnunk az utasításokat, hogy az élesztőnek miként kell előállítania a fehérjét, hogy jobban modellezze, hogy a növény hogyan csinálja" - mondja Smolke. A folyamat végére a kutatók 23 új génből rekonstruálták az élesztősejteket, különféle szervezetekből, ideértve több növényfajt, patkányt és baktériumot is. Még most is, az általános eljárás túlságosan nem hatékony, így több mint 4400 gabon élesztőre van szükség az egyetlen adag hidrokodon előállításához.
"Becslésünk szerint 100 000-szer javítanunk kellene a folyamat hatékonyságát, hogy készen állhassunk a kereskedelmi termelésre" - mondja Smolke, akinek a csapata az eredményeket a Science ezen a héten ismerteti. "De úgy gondoljuk, hogy ez megvalósítható, és már megkezdtük ezt a munkát."
A szerzők számos előnyt rámutatnak, amelyek a folyamat optimalizálásából származnak. Először, ez jelentősen csökkentené az opiátok gyártási költségeit, lehetőséget teremtve a becslések szerint 5, 5 milliárd ember eléréséhez, akiknek korlátozott hozzáférése van a fájdalomcsillapító gyógyszereknek. Mivel ez egy teljesen önálló folyamat, bárhol megtörténhet - megszüntetheti a földrajzi és éghajlati függőséget, miközben lehetővé teszi a nagyobb elszigetelést és a minőség-ellenőrzést. Az integrált élesztő-szintézis felszabadítja a földet más típusú gazdálkodáshoz is - az élesztő táplálására szolgáló cukornád termesztése sokkal kevesebb talajterületet vesz igénybe, mint a máktenyésztéshez szükséges.
De ennek a technológiának a legnagyobb előnye az, hogy rugalmasabbá teszi új gyógyászati vegyületek felfedezését, amelyek hatékonyabbak és kevesebb mellékhatással bírnak.
"Az emberek a hagyományos opiátok mindenféle nagyon érdekes alternatíváján dolgoznak" - mondja Kenneth Oye, a Massachusetts Technológiai Intézet politológia és mérnöki rendszerek docens. "A hagyományos előállítási technikáktól az élesztő szintézisének ezen útjaiig történő átállás nagy előnye, hogy a folyamatok sokkal könnyebben módosíthatók, lehetővé téve az új vegyületek könnyebb szintézisét."
Ennek ellenére az opiátok előállításának megkönnyítése fontos biztonsági és visszaélésszerű megfontolásokkal jár.
"Nem hiszem, hogy Christina Smolke laboratóriuma által kifejlesztett törzs a jelenlegi állapotban nagy veszélyt jelent a közegészségügyre és a biztonságra" - mondja Oye. Sőt, Smolke nemrégiben megvizsgálta törzsük életképességét házi készítés körülmények között, és megállapította, hogy nem termel opiátokat. „De ha valaki élesztőtörzset fejlesztett ki, amelynek útja magas hatékonyságú glükózról heroinra megy át, akkor problémád van. Egy ilyen törzsnek lehetősége van az otthoni főzés opiátjaira. ”
Oye arra is rámutat, hogy ha ilyen élesztőtörzs alakul ki, rendkívül nehéz lenne ellenőrizni az eloszlást. "Ez olyasmi, amely meglehetősen egyszerűen reprodukálható, és amelyet nehéz lenne tárolni vagy visszahívni" - mondja. Azt állítja, hogy a korai párbeszéd elengedhetetlen a biztonságos technikai és politikai óvintézkedések biztosításához, mint például az élesztő törzsek olyan nehéz tápanyagoktól való függése, amelyeket nehéz megszerezni, olyan markerek behelyezése, amelyek segíthetnek az észlelésben, és fokozható a laboratóriumi biztonság. "Sok esetben a lehetséges kockázatok csökkentésének lehetőségei korlátozottak a munka befejezése után" - mondja Oye.
Smolke egyetért azzal, hogy hozzáteszi: „Úgy gondolom, hogy nyílt konzultációs folyamatra van szükség a valódi aggályok megvitatására, valamint e kockázatok csökkentésére szolgáló stratégiák kidolgozására. Nem csak a technológiától függ, hanem a politikai döntéshozóktól, a bűnüldözőktől és az orvosok közösségétől is. És ha ez a kutatás egy vitát katalizál körülötte, akkor azt gondolom, hogy ez nagyon fontos. ”
