Биоинженеры во главе с Christina Smolke на протяжении десятилетия стремились генетически изменить дрожжевые клетки и воспроизвести биохимию мака с целью начать производство лекарства на основе опиума.
«Мы сейчас близки к репликации всего опиоидного производственного процесса, что исключит необходимость выращивать мак, и позволит производить необходимые лекарственные препараты», — утверждает Smolke.
Исследователи в своей статье описали, как они добавили пять генов из двух различных организмов к дрожжевым клеткам. Три из этих генов были от мака и других бактерий, которые находятся на стеблях мака.
Растительное происхождение опиума использовалось на протяжении веков, современная история морфия началась с использованием его во время Второй мировой войны. Морфин является одним из трех основных болеутоляющих средств, полученных из опия. Как класс, они относятся к опиатам. Два других важных опиата — кодеин, был использован в качестве средства от кашля, и тебаин, из которого с помощью химических процессов производят оксикодон и гидрокодон, более известный под торговыми марками, такими как OxyContin и Vicodin.
Сегодня мак выращивают в нескольких странах — в том числе Австралии, Франции, Венгрии, Индии, Испании и Турции под наблюдением Международного комитета по контролю за наркотиками. Крупнейшим рынком опиатов и их производных является США, где фармацевтические заводы, используя химические процессы, создают болеутоляющие лекарственные средства. Однако мак не выращивается в значительных количествах во многих странах, создавая различные международные зависимости и уязвимости в поставках этого важного лекарственного средства.
Smolke с соавторами (2014) в настоящее время перепрограммировала геном дрожжей. Этот процесс предполагает больше, чем просто добавление новых генов к дрожжам. Опиоидные молекулы представляют собой сложные трехмерные объекты. Поскольку дрожжевые клетки не имеют таких сложных структур и тканей, ученые воссоздали эквивалент мака внутри биоинженерных дрожжевых клеток.
Это занимает около 17 отдельных химических шагов, чтобы сделать опиоидные соединения, используемые в лекарственных средствах. Некоторые из этих шагов встречаются в природе самого мака, а остальные через синтетические химические процессы на заводах. Команда Smolke хотела, чтобы все шаги производились внутри дрожжевых клеток в пределах одного котла, в том числе с использованием дрожжей проводить химические процессы, чтобы создать опиаты, такие как тебаин и оксикодон.
Smolke запрограммировала биоинженерные дрожжи выполнять эти финальные промышленные шаги. Для этого она наделила дрожжи генами из бактерии, которые питаются стеблями мака. Все это было продемонстрировано в новом исследовании. Когда Smolke начала работу в 2004 году, то прошла через половину этих химических стадий. В статье 2008 года она сообщила об успехе в этой первой фазе проекта, когда ее биоинженерные дрожжи произвели тебаин — один из трех главных опиатов.
Теперь ученые расширяют процесс, и нашли недостающее звено в цепочке биохимического синтеза, они подготовили биоинженерные дрожжи, которые могут выполнять все 17 шагов уже от сахара со специфическими опиоидными препаратами в одном чане.
«Мы уже работаем над этим», — сказала она.
Smolke сказала, что это может занять еще несколько лет, чтобы усовершенствовать последние шаги в лаборатории и расширить процесс для производства больших размеров партий биоинженерных опиоидов, фармакологически идентичных сегодняшним препаратам, которые начинают свой путь в поле и сахарных заводах.
«Это позволит нам создать надежную поставку этих основных лекарственных средств и не зависеть от хороших или плохих урожаев мака», — считает Smolke. «Мы будем иметь устойчивые, рентабельные и безопасные методы производства этого важного препарата».
ПОДРОБНЕЕ В НАУЧНОЙ СТАТЬЕ:
Thodey, Kate; Galanie, Stephanie; Smolke, Christina D (2014) A microbial biomanufacturing platform for natural and semisynthetic opioids // Nature Publishing Group
