Že od antičnih časov so vinarji, pivovarji in peki izkoristili fermentacijske lastnosti kvasovk, da bi kruh kvasili in ustvarili alkoholne vleke. Toda zdaj je skupina znanstvenikov z univerze Stanford genetsko spremenila ta renesančni mikrobi z edinstvenim namenom: izčrpavanjem opiatnih zdravil proti bolečinam.
Sorodne vsebine
- Štiridesetletna zgodovina Aspirina
- 11 razlogov za ljubezen do bakterij, gliv in spore
- Stopnja prevelikega odmerjanja heroina v ZDA skoraj četverica
Čeprav verjetno verjetno kmalu ne boste našli nobenih opiatov na lokalni pivovarni, rezultati kažejo veliko obljub pri pospešitvi postopka izdelave teh zdravil in tudi odpiranju vrat za odkrivanje novih zdravil.
"Mnogo naših zdravil se v biotehnologijo preusmeri v proizvodnjo, " pravi avtorica študije Christina Smolke, izredna profesorica bioinženiringa na Stanfordu. "Rastline delajo resnično izpopolnjeno biokemijo, da bi naredile te spojine, a izziv je, da tega ne počnejo nujno učinkovito."
V preteklosti so vsa opiatna protibolečinska zdravila izvirala iz opijumskega maka, ki ga zakonito gojijo na lokacijah, kot so Avstralija, Evropa in Indija, in ga odposlali v proizvodne centre. Rastlinske spojine se nato izolirajo, rafinirajo in pretvorijo v zdravila na recept v postopku, ki lahko traja eno leto ali več od kmetije do lekarne.
Kot kateri koli drug proizvod, odvisen od pridelka, so lahko tudi opiati izpostavljeni škodljivcem, suši, podnebnim spremembam in drugim spremenljivkam, ki lahko omejijo proizvodnjo znanih zdravil, kot so morfij, kodein, oksikodon in hidrokodon (bolj znano po blagovni znamki Vicodin ). Glede na te omejitve so raziskovalci želeli celoten postopek kmetovanja in proizvodnje stisniti v en sam bioreaktor, ki bi lahko v nekaj dneh proizvedel protibolečinske tablete.
"Želeli smo pokazati, da lahko vzamete postopek, ki je tradicionalno razdeljen tako po biološki kot kemični sintezi, in ga v celoti vključite v sintezno pot v kvasovke, " pravi Smolke.
Za ustvarjanje zdravil na rastlinski osnovi s sintetično biologijo so bili spodbudni precedens. Leta 2006 je bilo uspešno pridobljeno proti malarijsko zdravilo artemisinin, pridobljeno iz drevesa sladkega pelina, iz gensko spremenjenih celic kvasovk. Ta proces biosinteze se je hitro razširil - artemisinin iz kvasa trenutno predstavlja približno tretjino svetovne ponudbe. In v začetku tega leta je ekipa v UC Berkeley izdelala pivski kvas za izdelavo enega od gradnikov morfija.
Da bi svoje kvasovke strnili po biokemični poti za opiate, so morali Stanfordski raziskovalci najprej razgraditi in znova ustvariti vsak korak, ki je omogočen z encimi, v sintezni verigi, ki pretvori tirozin, aminokislino, ki jo kvas naredi iz sladkorja, v tobain, predhodnik mnogih pogostih opioidnih zdravil proti bolečinam. Znanstveniki bi lahko nato vstavili gene, potrebne za pretvorbo tebaina v hidrokodon. Toda po vseh teh biokemičnih gradbenih delih je skupina naletela na tehnično oviro - niso mogli ustvariti zadostne količine opioidnega izdelka. Odkrili so, da je kvasovka napačno brala navodila za izdelavo beljakovin, potrebnih za dosego ključne faze proizvodne linije.
"Nato smo morali napisati navodila, kako naj kvasovke naredijo beljakovine, da bi natančneje oblikovali način delovanja rastlin, " pravi Smolke. Do konca postopka so raziskovalci rekonstruirali celice kvasovk s 23 novimi geni iz različnih organizmov, vključno z več rastlinskimi vrstami, podganami in bakterijami. Čeprav je celoten postopek preveč neučinkovit, je za izdelavo enega odmerka hidrokodona potrebno več kot 4400 litrov kvasa.
"Po naših ocenah bi morali izboljšati učinkovitost postopka za 100.000-krat, da bi bili pripravljeni na komercialno proizvodnjo, " pravi Smolke, katere ekipa je ta teden poročala o rezultatih Science . "A verjamemo, da je to izvedljivo, in že smo začeli s tem delom."
Avtorja opozarjata na številne prednosti, ki bi nastale zaradi optimizacije njihovega postopka. Prvič, znatno bi zmanjšali stroške proizvodnje opiatov, kar bi ustvarilo priložnosti, da dosežejo približno 5, 5 milijarde ljudi, ki imajo omejen dostop do zdravil proti bolečinam. In ker je to povsem samostojen proces, se lahko zgodi kjer koli - odpravlja odvisnost od zemljepisa in podnebja, hkrati pa omogoča večjo zadrževanje in nadzor kakovosti. Integrirana sinteza kvasovk sprošča tudi zemljišča za druge vrste kmetovanja - gojenje sladkornega trsa za krmljenje kvasovk zavzame veliko manj površin, kot je potrebno za gojenje maka.
Morda pa je največja prednost te tehnologije posledica njene prožnosti pri iskanju novih zdravilnih spojin, ki so učinkovitejše in imajo manj stranskih učinkov.
"Ljudje delajo vse vrste zelo zanimivih alternativ običajnim opijatom, " pravi Kenneth Oye, izredni profesor politologije in inženirskih sistemov na Massachusetts Institute of Technology. "Velika prednost prehoda s tradicionalnih proizvodnih tehnik na te poti za sintezo v kvasu je, da so poti veliko lažje spremenjene, kar omogoča lažjo sintezo novih spojin."
Kljub temu pa je olajšanje proizvodnje opiatov pomembno upoštevati varnost in zlorabo.
"Mislim, da sev, ki ga je razvil laboratorij Christine Smolke, ne predstavlja večje nevarnosti za javno zdravje in varnost, " pravi Oye. Dejansko je Smolke pred kratkim preizkusil sposobnost preživetja njihovega semena v pogojih domačega piva in ugotovil, da ne daje opiatov. "Toda če bi nekdo razvil sev kvasovk s potjo, ki je prehajala iz glukoze v heroin z visoko učinkovitostjo, potem imate težave. Takšen napor lahko ima potencial za uživanje opijatov domačih piv. "
Oye tudi poudarja, da bi bil nadzor nad distribucijo, če bi se razvil takšen sev kvasovk, izjemno težaven. "To je nekaj, kar bi se dalo reproducirati dokaj enostavno in bi ga bilo težko zadržati ali priklicati, " pravi. Trdi, da je zgodnji dialog bistven za zagotovitev varnih tehničnih in političnih varnostnih ukrepov, na primer, da so inženirski sevi kvasovk odvisni od hranil, ki jih je težko dobiti, vstavljanje markerjev, ki bi lahko pomagali pri odkrivanju, in povečanje varnosti v laboratoriju. "V mnogih primerih so vaše možnosti za zmanjšanje potencialnega tveganja omejene, ko je delo končano, " pravi Oye.
Smolke se strinja in dodaja: "Verjamem, da mora biti odprt posvetovalni postopek za razpravo o resničnih težavah in kako razviti strategije za zmanjšanje teh tveganj. To ni samo odvisno od tehnologije, ampak tudi od oblikovalcev politike, kazenskega pregona in medicinske skupnosti. In če ta raziskava spodbudi razpravo o tem, mislim, da je to res pomembno. "
