Juba iidsetest aegadest on veinivalmistajad, õlletootjad ja pagarid pärmi kääritamisomadusi harjutanud, et leiba haududa ja alkohoolseid leibasid toota. Kuid nüüd on Stanfordi ülikooli teadlaste meeskond geneetiliselt muundanud seda renessanssmikroobi ainulaadsel eesmärgil: opiaatide valuvaigistite väljapumpamiseks.
Seotud sisu
- Aspiriini neljatuhande-aastane ajalugu
- Bakterite, seente ja eoste armastamise 11 põhjust
- USA heroiini üledoosi määr peaaegu neljakordistab
Ehkki tõenäoliselt ei leia teie kohalikust mikrotootjast lähiajal opiaate, näitavad tulemused suurt lubadust kiirendada nende ravimite valmistamist ja avada uksi uute ravimite leidmiseks.
"Paljud meie ravimid suunatakse tootmisele biotehnoloogia abil, " ütleb uuringu autor Christina Smolke, Stanfordi bioinseneri dotsent. "Taimed teevad nende ühendite valmistamiseks väga keerulist biokeemiat, kuid väljakutseks on see, et nad ei tee seda tingimata tõhusalt."
Ajalooliselt on kõik opiaatide valuvaigistid saadud oopiumimoonist, mida seaduslikult kasvatatakse näiteks Austraalias, Euroopas ja Indias ning tarnitakse tootmiskeskustesse. Seejärel isoleeritakse, rafineeritakse ja muundatakse taimsed ühendid retseptiravimiteks protsessis, mis võib talust farmaatsiasse võtta aasta või rohkem.
Nagu iga teine põllukultuurist sõltuv toode, võib opiaate mõjutada kahjurid, põud, kliimamuutused ja muud muutujad, mis võivad piirata selliste tuttavate ravimite tootmist nagu morfiin, kodeiin, oksükodoon ja hüdrokodoon (üldisemalt tuntud kaubamärgi Vicodin all). ). Neid piiranguid silmas pidades soovisid teadlased kogu põllundus- ja tootmisprotsessi kokku viia üheks bioreaktoriks, mis suudaks mõne päeva jooksul valmistada valuvaigisteid.
"Tahtsime näidata, et saaksite kasutada protsessi, mis on traditsiooniliselt jaotatud nii bioloogiliseks kui ka keemiliseks sünteesiks, ja integreerida see täielikult pärmi sünteesiteesse, " ütleb Smolke.
Sünteetilise bioloogia abil taimepõhiste ravimite loomiseks olid olemas julgustavad pretsedendid. Aastal 2006 toodeti malaariavastast ravimit artemisiniini, mis oli saadud magusast koirohi puust, edukalt geneetiliselt muundatud pärmirakkudest. See biosünteesi protsess laienes kiiresti - pärmi valmistatud artemisiniin moodustab praegu umbes ühe kolmandiku kogu maailma tarnest. Ja selle aasta alguses inseneris UC Berkeley meeskond õllepärmi ühe morfiini ehitusploki valmistamiseks.
Pärmi meelitamiseks opiaatide biokeemilisse rajasse pidid Stanfordi teadlased kõigepealt lõhustama ja geneetiliselt uuesti looma iga ensüümi võimaldava etapi sünteesi ahelas, mis muundab türosiini, aminohappe, mida pärm suhkrust teeb, tebaiiniks. paljude tavaliste opioidivastaste valuvaigistite eelkäija. Seejärel võiksid teadlased sisestada geeni, mis on vajalikud tebaiini hüdrokodooniks muundamiseks. Kuid pärast kõiki neid biokeemilisi ehitustöid sattus meeskond tehnilisse takistusse - nad ei suutnud luua piisavas koguses opioidi. Nad avastasid, et pärm luges vääralt valgu valmistamise juhiseid, mis on vajalikud tootmisliini põhietappi jõudmiseks.
“Seejärel pidime ümber kirjutama juhised, kuidas pärm peaks valku valmistama, nii et see modelleeriks lähemalt, kuidas taim seda tegi, ” räägib Smolke. Protsessi lõpuks olid teadlased rekonstrueerinud pärmirakud 23 uue geeniga, mis pärinevad mitmesugustest organismidest, sealhulgas mitmest taimeliigist, rottidest ja bakteritest. Isegi praegu on üldine protsess liiga ebatõhus, nõudes ühe annuse hüdrokodooni tootmiseks üle 4400 galloni pärmi.
"Meie hinnangul peaksime parandama protsessi efektiivsust 100 000 korda, et olla valmis kommertslikuks tootmiseks, " ütleb Smolke, kelle meeskond annab selle nädala väljaandes Science teada tulemusi. "Kuid me usume, et see on teostatav ja oleme selle tööga juba alustanud."
Autorid viitavad mitmele eelisele, mida nende protsessi optimeerimine annaks. Esiteks vähendaks see märkimisväärselt opiaatide tootmiskulusid, luues võimaluse jõuda hinnanguliselt 5, 5 miljardi inimeseni, kellel on piiratud juurdepääs valuravimitele. Ja kuna see on täiesti iseseisev protsess, võib see toimuda kõikjal - eemaldades sõltuvuse geograafiast ja kliimast, võimaldades samal ajal suuremat isoleerimist ja kvaliteedikontrolli. Integreeritud pärmi süntees vabastab maad ka muude põllumajandustegevuste jaoks - suhkruroo kasvatamine pärmi söötmiseks võtab palju vähem maad kui moonikasvatuseks vajalik maa.
Kuid võib-olla on selle tehnoloogia suurim eelis paindlikkus uute tõhusamate ja vähem kõrvaltoimeid omavate meditsiiniliste ühendite uurimisel.
"Inimesed töötavad kõigi tavaliste opiaatide jaoks väga huvitavate alternatiivide kallal, " ütleb Massachusettsi tehnoloogiainstituudi politoloogia ja insenerisüsteemide dotsent Kenneth Oye. "Traditsioonilistelt tootmistehnoloogiatelt pärmseente nendele sünteesiteedele ülemineku suur eelis on see, et radu on palju hõlpsamini modifitseeritud, võimaldades uute ühendite hõlpsamat sünteesi."
Optiidide tootmise lihtsamaks muutmine hõlmab siiski olulisi ohutuse ja kuritarvitamisega seotud kaalutlusi.
"Ma ei usu, et Christina Smolke labori välja töötatud tüvi kujutab suurt ohtu rahva tervisele ja ohutusele, " ütleb Oye. Tõepoolest, Smolke kontrollis hiljuti nende tüve elujõulisust kodus valmistamise tingimustes ja leidis, et see ei tekita opiaate. “Kuid kui keegi peaks välja töötama pärmitüve, mille tee kulgeks glükoosist heroiinini suure tõhususega, siis on teil probleem. Sellisel tüvel võib olla kodus opiaatide valmistamise potentsiaal. ”
Oye juhib tähelepanu ka sellele, et kui selline pärmitüvi areneks, oleks leviku kontroll äärmiselt keeruline. "See on asi, mida saab üsna hõlpsasti reprodutseerida ja mida oleks keeruline seda tagasi hoida või meelde tuletada, " ütleb ta. Ta väidab, et varajane dialoog on hädavajalik ohutute tehniliste ja poliitiliste ettevaatusabinõude tagamiseks, näiteks pärmitüvede inseneritüüpide sõltuvus raskesti hangitavatest toitainetest, markerite sisestamine, mis aitaksid avastada, ja labori turvalisuse suurendamine. "Paljudel juhtudel on teie võimalused võimaliku riski maandamiseks piiratud, kui töö on lõpule viidud, " ütleb Oye.
Smolke nõustub, lisades: „Ma usun, et tegelike murede arutamiseks ja nende riskide leevendamise strateegiate väljatöötamiseks on vaja avatud aruteluprotsessi. See ei sõltu ainult tehnoloogiast, vaid ka poliitikakujundajatest, korrakaitsest ja meditsiiniringkondadest. Ja kui see uurimus katalüüsib selle ümber toimuvat arutelu, siis on see minu arvates tõesti oluline. ”
