Od dávných dob využívali vinaři, sládci a pekaři fermentační vlastnosti kvasinek, aby vykvasili chléb a produkovali alkoholické nápoje. Ale nyní tým vědců na Stanfordské univerzitě geneticky modifikoval tento renesanční mikrob pro jedinečný účel: vyčerpání opiátů proti bolesti.
Související obsah
- Aspirinova čtyřletá historie
- 11 důvodů, proč milovat bakterie, houby a spory
- Míra předávkování americkým heroinem téměř čtyřnásobná
Přestože v místním minipivovaru v dohledné době nenajdete žádné opiáty, výsledky ukazují velký slib v urychlení výrobního procesu těchto léků a otevření dveří pro objevování nových léků.
"Mnoho našich léků se přesouvá na výrobu biotechnologiemi, " říká autorka studie Christina Smolke, docentka bioinženýrství ve Stanfordu. "Rostliny dělají opravdu sofistikovanou biochemii, aby vytvořily tyto sloučeniny, ale výzva spočívá v tom, že to nemusí nutně dělat efektivně."
Historicky jsou všechny léky proti bolesti opiáty odvozeny od máku opia, který se legálně pěstuje v lokalitách, jako je Austrálie, Evropa a Indie, a odesílá se do výrobních center. Rostlinné sloučeniny jsou poté izolovány, rafinovány a přeměněny na léky na předpis v procesu, který může trvat rok nebo více z farmy do lékárny.
Stejně jako u každého jiného produktu závislého na plodinách mohou být opiáty vystaveny napadení škůdci, suchu, změnám klimatu a dalším proměnným, které mohou omezit výrobu známých léků, jako je morfin, kodein, oxykodon a hydrokodon (běžněji známý pod obchodním názvem Vicodin). ). Vzhledem k těmto omezením chtěli vědci zkomprimovat celý zemědělský a výrobní proces do jediného bioreaktoru, který by mohl během několika dní produkovat léky proti bolesti.
"Chtěli jsme ukázat, že byste mohli použít proces, který je tradičně distribuován biologickou i chemickou syntézou a integrovat jej zcela do syntézní cesty v kvasnicích, " říká Smolke.
Existovaly povzbuzující precedenty pro vytváření rostlinných léčiv využívajících syntetickou biologii. V roce 2006 byl antimalarický lék artemisinin získaný ze stromu sladkého pelyněk úspěšně vyroben z geneticky změněných kvasinek. Tento proces biosyntézy se rychle rozšířil - artemisinin z kvasinek v současné době představuje přibližně jednu třetinu světové nabídky. A začátkem tohoto roku navrhl tým v UC Berkeley pivovarské kvasnice, aby vytvořily jeden ze stavebních bloků morfinu.
Aby mohli své droždí přeměnit biochemickou cestu pro opiáty, museli Stanfordští vědci nejprve rozebrat a geneticky znovu vytvořit každý krok umožňující enzymy v syntézním řetězci, který přeměňuje tyrosin, aminokyselinu, kterou kvasnice vyrábí z cukru, na tebain, předchůdce mnoha běžných opioidních léků proti bolesti. Vědci by pak mohli vložit geny nezbytné pro přeměnu tebainu na hydrokodon. Po všech těchto biochemických stavebních pracích se tým dostal do technické překážky - nebyli schopni vytvořit dostatečné množství opioidního produktu. Zjistili, že kvasinky špatně vykládají pokyny pro výrobu proteinu nezbytného k dosažení klíčového stádia ve výrobní lince.
"Potom jsme museli přepsat pokyny, jak by měly kvasinky vyrábět protein, aby přesněji modeloval, jak to rostlina dělá, " říká Smolke. Na konci procesu vědci rekonstruovali kvasinkové buňky 23 novými geny z různých organismů, včetně několika druhů rostlin, potkanů a bakterií. Dokonce i nyní je však celkový proces příliš neefektivní a vyžaduje více než 4 400 galonů kvasinek, aby se vytvořila jediná dávka hydrokodonu.
"Podle našich odhadů bychom potřebovali zlepšit efektivitu procesu 100 000krát, abychom byli připraveni na komerční výrobu, " říká Smolke, jehož tým tento týden zveřejňuje výsledky ve vědě . "Věříme však, že je to proveditelné a tuto práci jsme již začali."
Autoři poukazují na několik výhod, které by vyplynuly z optimalizace jejich procesu. Zaprvé by to významně snížilo výrobní náklady pro opiáty a vytvořilo příležitosti oslovit odhadovaných 5, 5 miliardy lidí, kteří mají omezený přístup k lékům proti bolesti. A protože se jedná o zcela samostatný proces, může probíhat kdekoli - odstraňuje závislost na geografii a klimatu a umožňuje větší kontrolu a kontrolu kvality. Integrovaná syntéza kvasinek také uvolňuje půdu pro jiné způsoby hospodaření - pěstování cukrové třtiny pro krmení kvasinek zabírá mnohem méně půdy, než je plocha potřebná pro pěstování máku.
Největší výhodou této technologie však možná je její flexibilita při zkoumání nových léčivých sloučenin, které jsou účinnější a mají méně vedlejších účinků.
"Lidé pracují na všech druzích velmi zajímavých alternativ k konvenčním opiátům, " říká Kenneth Oye, docent v oblasti vědy a techniky v Massachusetts Institute of Technology. "Velkou výhodou přechodu od tradičních výrobních technik k těmto drahám pro syntézu v kvasnicích je to, že cesty jsou mnohem snadněji modifikovány, což umožňuje snadnější syntézu nových sloučenin."
Usnadnění výroby opiátů však stále přináší důležité aspekty týkající se bezpečnosti a zneužívání.
"Nemyslím si, že kmen vyvinutý laboratoří Christiny Smolkeové představuje velkou hrozbu pro veřejné zdraví a bezpečnost tak, jak je, " říká Oye. Smolke nedávno testoval životaschopnost svého kmene v domácích podmínkách a zjistil, že nevyrábí opiáty. "Ale pokud by někdo měl vyvinout kmen kvasinek s cestou, která přechází z glukózy na heroin s vysokou účinností, pak máte problém." Takový kmen by mohl mít potenciál pro domácí opiáty. “
Oye také zdůrazňuje, že pokud by byl vyvinut takový kmen kvasinek, kontrola distribuce by byla extrémně obtížná. "To je něco, co by se dalo snadno reprodukovat a bylo by obtížné jej udržet nebo si vzpomenout, " říká. Tvrdí, že včasný dialog je nezbytný pro zajištění bezpečných technických a politických opatření, jako je tomu, aby byly kmeny kvasinek závislé na živinách, které je obtížné získat, vložením značek, které by mohly pomoci s detekcí, a zvýšením bezpečnosti laboratoře. "V mnoha případech jsou vaše možnosti ke zmírnění potenciálního rizika po dokončení práce omezené, " říká Oye.
Smolke souhlasí a dodává: „Věřím, že musí existovat otevřený proces projednávání skutečných problémů a způsobů rozvoje strategií ke zmírnění těchto rizik. Nezávisí to pouze na technologii, ale také na tvůrcích politik, vymáhání práva a lékařské komunitě. A pokud tento výzkum katalyzuje diskusi kolem toho, myslím, že je to opravdu důležité. “
