Vinari, pivari i pekari od davnina su iskoristili fermentacijska svojstva kvasca da ukiselje kruh i proizvedu alkoholne lukovice. Ali sada, tim znanstvenika sa Sveučilišta Stanford genetički je modificirao ovaj renesansni mikrob za jedinstvenu svrhu: ispumpavanje opijatskih lijekova protiv bolova.
Povezani sadržaj
- Aspirinova četverogodišnja povijest
- 11 razloga za voljeti bakterije, gljivice i spore
- Stopa predoziranja američkim heroinom gotovo je četverostruka
Iako uskoro nećete naći opijate na vašoj lokalnoj pivovari, rezultati pokazuju veliko obećanje u ubrzavanju procesa proizvodnje tih lijekova, kao i otvaranje vrata za otkrivanje novih lijekova.
"Mnogi od naših lijekova preusmjereni su u proizvodnju biotehnologijom", kaže autorica studije Christina Smolke, izvanredna profesorica bioinžinjeringa na Stanfordu. "Biljke doista daju sofisticiranu biokemiju da dobiju ove spojeve, ali izazov je da to ne moraju nužno raditi učinkovito."
Povijesno su sve opijatske tablete protiv bolova dobivene iz opijumskog maka, koji se legalno uzgaja na mjestima poput Australije, Europe i Indije i otprema u proizvodne centre. Biljni spojevi se zatim izoliraju, rafiniraju i pretvaraju u lijekove na recept u procesu koji od farme do farmacije može potrajati godinu dana ili više.
Kao i bilo koji drugi proizvod ovisan o usjevima, opijati mogu biti podložni napadu štetočina, suši, klimatskim promjenama i drugim varijablama koje mogu ograničiti proizvodnju poznatih lijekova kao što su morfij, kodein, oksikodon i hidrokodon (poznatiji pod nazivom marke Vicodin ). S obzirom na ta ograničenja, istraživači su htjeli sažeti cijeli poljoprivredni i proizvodni proces u jedan bioreaktor koji bi u nekoliko dana mogao proizvesti lijekove protiv bolova.
"Željeli smo pokazati da možete uzeti postupak koji se tradicionalno distribuira u biološkoj i kemijskoj sintezi i u potpunosti ga integrirati u sintezni put u kvascu", kaže Smolke.
Poticanja presedana postojala su za stvaranje biljnih lijekova koristeći sintetsku biologiju. 2006. godine antimalarični lijek artemisinin, izveden iz stabla slatkog pelina, uspješno je proizveden iz genetski izmijenjenih stanica kvasca. Ovaj se proces biosinteze brzo proširio - artemisinin proizveden kvasom trenutno čini otprilike jednu trećinu svjetske ponude. I ranije ove godine, tim UC Berkeley napravio je pivski kvasac kako bi napravio jedan od građevinskih blokova morfija.
Da bi svoje kvasce usmjerili na biokemijski put opijata, istraživači iz Stanforda su se najprije morali razgraditi i genetski ponovo stvoriti svaki korak s enzimom u lancu sinteze koji pretvara tirozin, aminokiselinu u kojoj kvasac pravi, iz šećera, u tobain, preteča mnogih uobičajenih opioidnih lijekova protiv bolova. Znanstvenici su tada mogli umetnuti gene potrebne za pretvorbu thebaina u hidrokodon. No nakon svih ovih biokemijskih građevinskih radova, tim je naletio na tehničku prepreku - nisu bili u stanju stvoriti dovoljnu količinu opioidnog proizvoda. Otkrili su da kvasci pogrešno tumače upute za stvaranje proteina potrebnih za postizanje ključne faze u proizvodnoj liniji.
"Tada smo morali prepisati upute kako kvasac treba napraviti bjelančevine da bi on pobliže modelirao kako biljka to radi", kaže Smolke. Do kraja procesa, istraživači su rekonstruirali stanice kvasca s 23 nova gena iz različitih organizama, uključujući nekoliko biljnih vrsta, štakora i bakterija. Čak i sada, sveukupni postupak je previše neučinkovit, pa je potrebno više od 4400 litara kvasca za proizvodnju jedne doze hidrokodona.
"Prema našim procjenama, morali bismo poboljšati efikasnost postupka za 100.000 puta da bismo bili spremni za komercijalnu proizvodnju", kaže Smolke, čiji tim ovog tjedna izvještava o rezultatima u Scienceu . "Ali vjerujemo da je to izvedivo i već smo započeli s tim poslom."
Autori ističu nekoliko prednosti koje bi proizašle iz optimizacije njihovog procesa. Prvo, značajno bi smanjili troškove proizvodnje opijata, stvorivši mogućnosti da dosegnu predviđenih 5, 5 milijardi ljudi koji imaju ograničen pristup lijekovima protiv bolova. A budući da je ovo potpuno samostalni proces, on se može odvijati bilo gdje - uklanjajući ovisnost o zemljopisu i klimi, istovremeno omogućujući veće ograničenje i kontrolu kvalitete. Integrirana sinteza kvasca također oslobađa zemljište za druge vrste uzgoja - uzgoj šećerne trske radi hranjenja kvascem zauzima znatno manje površine od one koja je potrebna za uzgoj maka.
Ali možda je najveća korist ove tehnologije njena fleksibilnost u istraživanju novih ljekovitih spojeva koji su učinkovitiji i imaju manje nuspojava.
"Ljudi rade na svim vrstama vrlo zanimljivih alternativa konvencionalnim opijatima", kaže Kenneth Oye, izvanredni profesor politologije i inženjerskih sustava na Massachusetts Institute of Technology. „Velika prednost prelaska s tradicionalnih proizvodnih tehnika na ove putove za sintezu u kvascu je u tome što su putevi daleko lakše modificirani, omogućujući lakšu sintezu novih spojeva.“
Ipak, olakšavanje proizvodnje opijata uzima u obzir važna pitanja sigurnosti i zlouporabe.
"Ne mislim da soj koji je razvio laboratorij Christine Smolke ne predstavlja veliku prijetnju javnom zdravlju i sigurnosti", kaže Oye. Doista, Smolke je nedavno testirao održivost njihovog soja u uvjetima domaće proizvodnje i utvrdio da ne proizvodi opijate. "Ali ako bi netko razvio soj kvasca sa stazom koja je od glukoze do heroina prelazila s visokom učinkovitošću, onda imate problem. Takav pritisak može imati potencijal za opijate iz vlastite proizvodnje. "
Oye također ističe da bi, ako bi se razvio takav soj kvasca, nadziranje distribucije bilo bi izuzetno teško. "To je nešto što se može reproducirati prilično lako i teško bi bilo sadržavati ili podsjećati", kaže on. On tvrdi da je rani dijalog ključan za osiguravanje sigurnih tehničkih i sigurnosnih mjera opreza, poput inženjerskog soja kvasca koji ovisi o hranjivim tvarima, umetanjem markera koji bi mogli pomoći u otkrivanju i povećanju sigurnosti u laboratoriju. "U mnogim su slučajevima vaše mogućnosti ublažavanja potencijalnog rizika ograničene nakon što posao bude gotov", kaže Oye.
Smolke se slaže i dodaje: "Vjerujem da treba postojati otvoren raspravani postupak za raspravljanje o stvarnim problemima i kako razviti strategije za ublažavanje tih rizika. To ne ovisi samo o tehnologiji, već io donositeljima politika, provedbi zakona i medicinskoj zajednici. A ako ovo istraživanje potakne raspravu oko toga, mislim da je to zaista važno. "
