Fanii berii preparate în casă și ale distileriilor din curte știu deja cum să folosească drojdia pentru a transforma zahărul în alcool.
Acum, bioinginerii au mers mult mai departe, realizând pașii cheie necesari pentru a transforma drojdia hrănită cu zahăr într-o fabrică microbiană pentru producerea morfinei și a altor medicamente, inclusiv antibiotice și terapii anti-cancer.
În ultimul deceniu, o mână de laboratoare de biologie sintetică au lucrat pentru a reproduce în microbi o cale chimică complexă în 15 pași în planta de mac pentru a permite producerea de medicamente terapeutice.
Echipele de cercetare au recreat în mod independent diferite secțiuni ale căii de droguri a macului folosind E. coli sau drojdie, dar ceea ce lipsise până acum erau ultimii pași care ar permite unui singur organism să îndeplinească sarcina de la început până la sfârșit.
O provocare realizabilă
Un nou studiu publicat online în jurnal Biologie chimică a naturii arată cum cercetătorii au depășit acest obstacol prin replicarea primilor pași în cale într-o tulpină de drojdie proiectată. Au fost capabili să sintetizeze reticulina, un compus din mac, din tirozină, un derivat al glucozei.
„Ceea ce doriți cu adevărat să faceți din perspectiva fermentației este să puteți hrăni glucoza drojdiei, care este o sursă ieftină de zahăr și să faceți drojdia să facă toți pașii chimici necesari în aval pentru a vă face medicamentul țintă terapeutic”, spune John Dueber , investigatorul principal al studiului și profesor asistent de bioinginerie la Universitatea din California, Berkeley.
„Cu studiul nostru, toți pașii au fost descriși și acum este o chestiune de a le lega împreună și de a extinde procesul. Nu este o provocare banală, dar este realizabilă. ”
Calea Macilor
Calitățile care fac ca traseul plantelor de mac să fie atât de provocator sunt aceleași care îl fac o țintă atât de atractivă pentru cercetare.
Este complex, dar este baza pe care cercetătorii pot construi noi terapii. Alcaloizii benzilizochinolinei sau BIA sunt clasa compușilor foarte bioactivi care se găsesc în mac și această familie include aproximativ 2,500 de molecule izolate din plante.
Poate că cea mai cunoscută pistă din calea BIA este cea care duce la opiacee, cum ar fi codeina, morfina și tebaina, un precursor al oxicodonei și hidrocodonei. Toate sunt substanțe controlate. Dar diferite trasee vor duce la papaverina antispastică sau la precursorul antibioticului dihidrosanguinarină.
„Plantele au cicluri de creștere lente, deci este greu să explorezi pe deplin toate substanțele chimice posibile care pot fi produse din calea BIA prin ingineria genetică a macului”, spune autorul principal William DeLoache, doctorand în bioinginerie. „Mutarea căii BIA către microbi reduce dramatic costul descoperirii medicamentelor. Putem manipula și regla cu ușurință ADN-ul drojdiei și putem testa rapid rezultatele. ”
Reutilizând o enzimă din sfeclă care este utilizată în mod natural la producerea pigmenților lor vibranți, cercetătorii ar putea convinge drojdia pentru a transforma tirozina, un aminoacid ușor derivat din glucoză, în dopamină.
Steag roșu pentru autoritățile de reglementare
Cu ajutorul laboratorului lui Vincent Martin, profesor de genomică și inginerie microbiană la Universitatea Concordia, cercetătorii au reușit să reconstituie calea completă cu șapte enzime de la tirozină la reticulină în drojdie.
„A ajunge la reticulină este esențial deoarece, de acolo, etapele moleculare care produc codeină și morfină din reticulină au fost deja descrise în drojdie”, spune Martin. De asemenea, reticulina este un nod molecular în calea BIA. De acolo, putem explora multe căi diferite către alte medicamente potențiale, nu doar opiaceele. ”
Descoperirea grăbește dramatic ceasul pentru momentul în care drogurile care fac casă ar putea deveni realitate, spun cercetătorii, avertizând că autoritățile de reglementare și oamenii legii ar trebui să fie atenți.
„Ne uităm probabil la o cronologie de câțiva ani, nu de un deceniu sau mai mult, când drojdia hrănită cu zahăr ar putea produce în mod fiabil o substanță controlată”, spune Dueber. „Este timpul să ne gândim la politici care să abordeze acest domeniu de cercetare. Terenul se mișcă surprinzător de repede și trebuie să fim în față, astfel încât să putem diminua potențialul de abuz ”.
Într-un comentariu publicat în Natură și la momentul publicării noului studiu, analiștii politici solicită reglementarea urgentă a acestei noi tehnologii. Ei subliniază numeroasele beneficii ale acestei lucrări, dar subliniază, de asemenea, că „persoanele cu acces la tulpina de drojdie și abilități de bază în fermentare ar putea să crească drojdia folosind echivalentul unui kit de preparare a casei”.
Aceștia recomandă restricționarea tulpinilor de drojdie proiectate la facilități autorizate și cercetătorilor autorizați, menționând că ar fi dificil de detectat și controlat transportul ilicit al acestor tulpini.
În timp ce astfel de controale pot ajuta, Dueber spune, „O altă preocupare este că odată ce există cunoștințele despre cum să creeze o tulpină producătoare de opiacee, oricine este instruit în biologia moleculară de bază ar putea să o construiască teoretic”.
O altă țintă pentru reglementare ar fi companiile care sintetizează și vând secvențe de ADN. „Restricții sunt deja în vigoare pentru secvențele legate de organisme patogene, cum ar fi variola”, spune DeLoache. „Poate că este timpul să analizăm și secvențe pentru producerea substanțelor controlate.”
