Homebrewed Morphine: No Poppies Required

Любителі домашнього пива та винокурень на задньому дворі вже знають, як використовувати дріжджі для перетворення цукру в алкоголь.

Зараз біоінженери пішли набагато далі, виконавши ключові кроки, необхідні для перетворення дріжджів, що харчуються цукром, на мікробну фабрику з виробництва морфію та потенційно інших ліків, включаючи антибіотики та протиракові засоби.

Протягом останнього десятиліття декілька лабораторій синтетичної біології працювали над тим, щоб відтворити в мікробах складний 15-ступінчастий хімічний шлях у маку, щоб дозволити виробництво терапевтичних препаратів.

Дослідницькі групи самостійно відтворили різні ділянки наркотичного шляху маку, використовуючи E. палички або дріжджів, але чого бракувало до цього часу, це останні кроки, які дозволять одному організму виконувати завдання від початку до кінця.

Здійсненний виклик

Нове дослідження, опубліковане в Інтернеті в журналі Природа хімічна біологія показано, як дослідники подолали цю перешкоду, повторивши перші кроки на шляху в інженерному штамі дріжджів. Вони змогли синтезувати ретикулін, сполуку в маку, з тирозину, похідного глюкози.


innerself subscribe graphic


"Те, що ви дійсно хочете зробити з точки зору бродіння, - це мати можливість годувати дріжджі глюкозою, яка є дешевим джерелом цукру, і змусити дріжджі виконувати всі хімічні дії, необхідні нижче за течією, щоб зробити ваш цільовий терапевтичний препарат", - говорить Джон Дуебер , головний дослідник дослідження та доцент кафедри біоінженерії в Університеті Каліфорнії, Берклі.

“Під час нашого дослідження було описано всі етапи, і тепер мова йде про їх зв’язування та масштабування процесу. Це не тривіальний виклик, але це можливо ".

Шлях маків

Якості, які роблять маковий шлях настільки складним, є тими самими, що роблять його таким привабливим об’єктом для досліджень.

Це складно, але це основа, на якій дослідники можуть будувати нові терапевтичні засоби. Бензилізохінолінові алкалоїди (BIA) - це клас високо біоактивних сполук, що містяться в маку, і це сімейство включає близько 2,500 молекул, виділених з рослин.

Мабуть, найвідомішим шляхом на шляху BIA є той, який веде до опіатів, таких як кодеїн, морфін та тебаїн, попередник оксикодону та гідрокодону. Всі вони є контрольованими речовинами. Але різні шляхи ведуть до спазмолітичного папаверину або до попередника антибіотика дигідросангвінаріну.

"Рослини мають повільний цикл росту, тому важко повністю вивчити всі можливі хімічні речовини, які можна отримати із шляху BIA шляхом генної інженерії маку", - говорить провідний автор Вільям Делоаш, докторант біоінженерії. «Переміщення шляху BIA до мікробів різко знижує вартість виявлення наркотиків. Ми можемо легко маніпулювати та налаштовувати ДНК дріжджів і швидко перевіряти результати ".

Перепрофілювавши фермент із буряка, який природним чином використовується для виробництва їх живих пігментів, дослідники могли б намовити дріжджі, щоб перетворити тирозин, амінокислоту, що легко отримується з глюкози, в дофамін.

Червоний прапор для регуляторів

За допомогою лабораторії Вінсента Мартіна, професора геноміки та інженерії мікробів з Університету Конкордія, дослідникам вдалося відновити повний шлях із семи ферментів від тирозину до ретикуліну в дріжджах.

"Дістатися до ретикуліну є критично важливим, оскільки звідси молекулярні стадії, що виробляють кодеїн і морфін з ретикуліну, вже були описані в дріжджах", - говорить Мартін. “Крім того, ретикулін є молекулярним центром на шляху BIA. Звідти ми можемо дослідити багато різних шляхів до інших потенційних наркотиків, а не лише опіатів ".

Відкриття різко прискорює годинник, коли препарати для самозаварювання можуть стати реальністю, вважають дослідники, попереджаючи, що регуляторні та правоохоронні органи повинні звертати увагу.

"Ми, швидше за все, розглядаємо часову шкалу в пару років, а не десятиліття чи більше, коли дріжджі, що харчуються цукром, можуть надійно виробляти контрольовану речовину", - говорить Дуебер. «Зараз настав час подумати про політику щодо вирішення цієї галузі досліджень. Поле рухається напрочуд швидко, і нам потрібно бути попереду, щоб ми могли зменшити потенціал зловживань ".

У коментарі, опублікованому в природа і приурочені до публікації нового дослідження, політичні аналітики закликають до термінового регулювання цієї нової технології. Вони підкреслюють багато переваг цієї роботи, але також зазначають, що "особи, які мають доступ до штаму дріжджів та мають базові навички ферментації, змогли б вирощувати дріжджі, використовуючи еквівалент домашнього набору".

Вони рекомендують обмежити інженерні штами дріжджів лише ліцензованими установами та уповноваженими дослідниками, зазначаючи, що виявити та контролювати незаконний транспорт таких штамів буде важко.

Хоча такий контроль може допомогти, Дуебер каже: "Додатковим занепокоєнням є те, що як тільки знання про те, як створити штам, що виробляє опіат, з’являється, кожен, хто навчений базовій молекулярній біології, може теоретично створити його".

Іншою метою регулювання будуть компанії, які синтезують та продають послідовності ДНК. "Вже існують обмеження для послідовностей, прив'язаних до патогенних організмів, таких як віспа", - говорить ДеЛоаш. "Але, можливо, настав час, ми також розглянемо послідовності отримання контрольованих речовин".

джерело: Каліфорнійський університет, Берклі