Încă din cele mai vechi timpuri, vinificatorii, fabricile de bere și brutarii au valorificat proprietățile de fermentare ale drojdiei la pâinea dospită și produc libații alcoolice. Însă acum, o echipă de oameni de știință de la Universitatea Stanford a modificat genetic acest microb de renaștere într-un scop unic: pomparea analgezice opiacee.
Continut Asemanator
- Istoria de patru mii de ani a lui Aspirin
- 11 motive pentru a iubi bacteriile, ciupercile și sporii
- Rata de supradozaj de eroină din SUA aproape cvadruple
Deși este puțin probabil să găsiți opiacee la microbrewery-ul dvs. local în curând, rezultatele arată o promisiune mare în accelerarea procesului de fabricație a acestor medicamente, precum și în deschiderea ușilor pentru descoperirea de noi medicamente.
„Multe dintre medicamentele noastre sunt transferate la producție prin biotehnologie”, spune autorul studiului Christina Smolke, profesor asociat de bioinginerie la Stanford. "Plantele fac biochimie cu adevărat sofisticată pentru a face acești compuși, dar provocarea este că nu o fac în mod eficient."
Istoric, toate medicamentele anti-opiacee au fost derivate din macul de opiu, care este crescut legal în locații precum Australia, Europa și India și expediate la centrele de producție. Compușii vegetali sunt apoi izolați, rafinați și transformați în medicamente sub formă de rețetă într-un proces care poate dura un an sau mai mult de la fermă la farmacie.
Ca orice alt produs dependent de cultură, opiaceele pot fi supuse infestării dăunătorilor, secetei, modificărilor climatului și a altor variabile capabile să limiteze fabricarea de medicamente cunoscute, cum ar fi morfină, codeină, oxicodonă și hidrocodonă (cunoscute mai des sub numele de brand Vicodin ). Având în vedere aceste restricții, cercetătorii au dorit să comprime întregul proces de producție agricolă și de fabricație într-un singur bioreactor care ar putea produce agenți de calmare în câteva zile.
„Am vrut să arătăm că puteți lua un proces care este distribuit în mod tradițional atât pe sinteza biologică, cât și pe cea chimică și să-l integrați în întregime într-o cale de sinteză în drojdie”, spune Smolke.
Au existat precedente pentru încurajarea creării de medicamente pe bază de plante, folosind biologie sintetică. În 2006, artemisinina medicamentelor anti-malarice, derivate din arborele de pelin dulce, a fost produsă cu succes din celule de drojdie modificate genetic. Acest proces de biosinteză s-a extins rapid - artemisinina fabricată cu drojdie reprezintă în prezent aproximativ o treime din oferta mondială. Și la începutul acestui an, o echipă de la UC Berkeley a proiectat drojdia de bere pentru a face unul dintre blocurile de morfină.
Pentru a-și coace drojdia pe calea biochimică pentru opiacee, cercetătorii de la Stanford au trebuit mai întâi să se descompună și să creeze genetic fiecare pas activat de enzimă în lanțul de sinteză care transformă tirozina, un aminoacid pe care drojdia îl face din zahăr, în tebaină, un precursor pentru multe analgezice comune opioide. Oamenii de știință ar putea apoi să introducă genele necesare pentru a converti tebaina în hidrocodonă. Dar, după toate aceste lucrări de construcție biochimice, echipa s-a confruntat cu un obstacol tehnic - nu au reușit să creeze o cantitate suficientă de produs opioid. Ei au descoperit că drojdia a indus în eroare direcțiile pentru a face proteina necesară pentru a ajunge la un stadiu cheie în linia de producție.
„Apoi a trebuit să rescriem instrucțiunile despre cum ar trebui să se facă drojdia proteină, astfel încât aceasta să fie modelată mai îndeaproape cum a făcut planta”, spune Smolke. Până la sfârșitul procesului, cercetătorii au reconstruit celulele cu drojdie cu 23 de gene noi dintr-o varietate de organisme, inclusiv mai multe specii de plante, șobolani și bacterii. Chiar și acum, totuși, procesul general este prea ineficient, necesitând mai mult de 4.400 de galoane de drojdie pentru a produce o singură doză de hidrocodonă.
„Prin estimările noastre, ar trebui să îmbunătățim eficiența procesului de 100.000 de ori pentru a fi pregătiți pentru producția comercială”, spune Smolke, a cărei echipă raportează rezultatele din această săptămână în știință . „Dar credem că acest lucru este fezabil și am început deja această lucrare.”
Autorii subliniază mai multe beneficii care ar rezulta din optimizarea procesului lor. În primul rând, ar reduce semnificativ costurile de fabricație pentru opiacee, creând oportunități de a ajunge la 5, 5 miliarde de persoane estimate care au acces limitat la medicamente pentru durere. Și pentru că acesta este un proces în întregime de sine stătător, acesta poate avea loc oriunde - înlăturarea dependenței de geografie și climă, permițând totodată o mai mare retenție și controlul calității. Sinteza integrată a drojdiei eliberează, de asemenea, terenuri pentru alte tipuri de agricultură - creșterea cananei de zahăr pentru a hrăni drojdia ocupă o suprafață mult mai mică decât cea necesară pentru cultura de mac.
Dar poate cel mai mare beneficiu al acestei tehnologii vine din flexibilitatea sa de a explora noi compuși medicinali care sunt mai eficienți și au mai puține efecte secundare.
„Oamenii lucrează la toate tipurile de alternative foarte interesante la opiaceele convenționale”, spune Kenneth Oye, profesor asociat de științe politice și sisteme de inginerie la Massachusetts Institute of Technology. „Marele avantaj al trecerii de la tehnicile de producție tradiționale la aceste căi de sinteză în drojdie este că căile sunt mult mai ușor modificate, permițând sinteza mai ușoară a noilor compuși.”
Totuși, a face mai ușor producerea de opiacee are importante considerații privind siguranța și abuzul.
„Nu cred că tulpina dezvoltată de laboratorul Christinei Smolke reprezintă o amenințare mare pentru sănătatea și siguranța publică așa cum este ”, spune Oye. Într-adevăr, Smolke a testat recent viabilitatea tulpinii lor în condiții de preparare a casei și a constatat că nu produce opiacee. Dar dacă cineva ar dezvolta o tulpină de drojdie cu o cale care a mers de la glucoză la heroină cu eficiență ridicată, atunci aveți o problemă. O astfel de tulpină ar putea avea potențial pentru opiacee de la prepararea casei. "
De asemenea, Oye subliniază că, dacă s-ar dezvolta o astfel de tulpină de drojdie, controlul asupra distribuției ar fi extrem de dificil. „Acesta este un lucru care ar putea fi reprodus destul de ușor și ar fi greu de reținut sau de reamintit”, spune el. El susține că dialogul timpuriu este esențial pentru a asigura precauții tehnice și politice sigure, cum ar fi tulpinile de drojdie inginerești să depindă de nutrienți greu de obținut, introducând markeri care ar putea ajuta la detectarea și creșterea securității laboratorului. „În multe cazuri, opțiunile dvs. pentru atenuarea riscului potențial sunt limitate odată ce lucrarea este finalizată”, spune Oye.
Smolke este de acord, adăugând: „Cred că trebuie să existe un proces deliberativ deschis pentru a discuta problemele reale și cum să dezvolte strategii pentru atenuarea acestor riscuri. Nu depinde doar de tehnologie, ci și de factorii de decizie, de aplicarea legii și de comunitatea medicală. Și dacă această cercetare catalizează o discuție în acest sens, cred că aceasta este cu adevărat importantă. ”
