Открытие закладывает основу для синтеза лекарств на основе дрожжей
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли сделали ключевые шаги к превращению дрожжей, питающихся сахаром, в микробную фабрику для производства морфина и, потенциально, других лекарств, включая антибиотики и противораковые средства.
В новом исследовании, которое появится в онлайн-публикации журнала Nature Chemical Biology 18 мая, биоинженер Джон Дуэбер и микробиолог Винсент Мартин из Университета Конкордия преодолели препятствие, воссоздав ранние этапы пути синтеза в генетически модифицированном штамме дрожжей. Им удалось синтезировать ретикулин — соединение мака — из тирозина, производного глюкозы.
"С точки зрения ферментации, вы хотите, чтобы дрожжи, питаясь дешевой глюкозой, выполняли все химические шаги для получения целевого терапевтического препарата", — сказал Дуэбер. "В нашем исследовании описаны все этапы, и теперь дело за их объединением и масштабированием процесса".
Прокладывая путь от растений к микробам
Класс высокоактивных соединений мака — бензилизохинолиновые алкалоиды (БИА) — включает около 2500 молекул. Наиболее известный путь ведет к опиатам, таким как кодеин, морфин и тебаин. Другие пути ведут к антиспазматическому папаверину или предшественнику антибиотика дигидросангуинарину.
"Растения имеют медленные циклы роста, поэтому сложно исследовать все возможные химические вещества, которые можно получить из пути БИА, с помощью генной инженерии мака", — сказал ведущий автор Уильям ДеЛоаш. "Перенос пути БИА в микробы резко снижает стоимость разработки лекарств".
Исследователи обнаружили, что, перепрофилировав фермент из свеклы, используемый для производства пигментов, можно заставить дрожжи превращать тирозин в дофамин. С помощью лаборатории Винсента Мартина ученые смогли воссоздать в дрожжах полный семиферментный путь от тирозина до ретикулина.
"Достижение ретикулина критически важно, потому что молекулярные шаги, производящие из него кодеин и морфин, уже описаны в дрожжах", — сказал Мартин. "Кроме того, ретикулин является молекулярным узлом в пути БИА. Оттуда мы можем исследовать множество путей к другим потенциальным лекарствам, а не только к опиатам".
Предупреждение для регуляторов
Авторы исследования отмечают, что открытие резко ускоряет сроки, когда домашнее производство лекарств может стать реальностью, и призывают регуляторов и правоохранительные органы обратить на это внимание.
"Вероятно, речь идет о нескольких годах, а не десятилетии, когда дрожжи, питающиеся сахаром, смогут надежно производить контролируемое вещество", — сказал Дуэбер. "Сейчас самое время подумать о политике в этой области исследований".
В комментарии, опубликованном в Nature, аналитики призывают к срочному регулированию этой технологии. Они рекомендуют ограничить доступ к инженерным штаммам дрожжей лицензированным учреждениям и авторизованным исследователям.
"Дополнительная проблема в том, что как только знание о том, как создать штамм, производящий опиаты, станет доступным, любой, обученный основам молекулярной биологии, теоретически сможет его создать", — сказал Дуэбер.
Еще одной целью регулирования могут стать компании, синтезирующие и продающие последовательности ДНК. "Ограничения уже существуют для последовательностей, связанных с патогенными организмами, такими как оспа", — сказал ДеЛоаш. "Но, возможно, нам также стоит взглянуть на последовательности для производства контролируемых веществ".