Fans af hjemmebrygget øl og destillerier i baghaven ved allerede, hvordan man anvender gær til at omdanne sukker til alkohol.
Nu er bioteknikere gået meget længere ved at gennemføre vigtige trin, der er nødvendige for at omdanne sukkerfødt gær til en mikrobiel fabrik til produktion af morfin og potentielt andre lægemidler, herunder antibiotika og anticancerterapi.
I løbet af det sidste årti har en håndfuld laboratorier med syntetisk biologi arbejdet for at replikere en kompleks, 15-trins kemisk vej i valmuer i mikrober for at tillade produktion af terapeutiske lægemidler.
Forskerhold har uafhængigt genskabt forskellige sektioner af valmuens lægemiddelvej ved hjælp af E. coli eller gær, men det, der hidtil havde manglet, var de sidste trin, der gjorde det muligt for en enkelt organisme at udføre opgaven fra start til slut.
En gennemførlig udfordring
En ny undersøgelse offentliggjort online i tidsskriftet Natur kemisk biologi viser, hvordan forskere har overvundet denne forhindring ved at replikere de tidlige trin i stien i en konstrueret gærstamme. De var i stand til at syntetisere reticuline, en forbindelse i valmue, fra tyrosin, et derivat af glucose.
"Hvad du virkelig vil gøre fra et gæringsperspektiv er at være i stand til at fodre gærglukosen, som er en billig sukkerkilde, og få gæren til at udføre alle de kemiske trin, der kræves nedstrøms for at gøre dit mål terapeutiske lægemiddel," siger John Dueber. , undersøgelsens hovedforsker og en assisterende professor i bioteknologi ved University of California, Berkeley.
”Med vores undersøgelse er alle trin beskrevet, og det er nu et spørgsmål om at forbinde dem sammen og skalere processen op. Det er ikke en triviel udfordring, men det er gennemførligt. ”
Valmuer Pathway
De kvaliteter, der gør valmueplantens sti så udfordrende, er de samme, der gør det til et så attraktivt mål for forskning.
Det er komplekst, men det er det fundament, hvorpå forskere kan bygge nye lægemidler. Benzylisoquinolinalkaloider, eller BIA'er, er klassen af stærkt bioaktive forbindelser, der findes i valmuen, og denne familie inkluderer ca. 2,500 molekyler isoleret fra planter.
Måske er den mest kendte sti i BIA-stien den, der fører til opiaterne, såsom codein, morfin og thebaine, en forløber for oxycodon og hydrocodon. Alle er kontrollerede stoffer. Men forskellige spor vil føre til den antispasmodiske papaverin eller til den antibiotiske forløber dihydrosanguinarine.
"Planter har langsomme vækstcyklusser, så det er svært at udforske alle de mulige kemikalier, der kan fremstilles fra BIA-banen ved at genetisk konstruere valmuen," siger hovedforfatter William DeLoache, en ph.d.-studerende i bioteknologi. ”At flytte BIA-stien til mikrober reducerer omkostningerne ved lægemiddelopdagelse dramatisk. Vi kan let manipulere og tune gærens DNA og hurtigt teste resultaterne. ”
Ved at genudlægge et enzym fra rødbeder, der naturligt anvendes til produktionen af deres livlige pigmenter, kunne forskere lokke gær til at omdanne tyrosin, en aminosyre, der let stammer fra glukose, til dopamin.
Rødt flag til regulatorer
Med hjælp fra laboratoriet fra Vincent Martin, professor i mikrobiel genomik og teknik ved Concordia University, var forskere i stand til at rekonstituere den fulde syvenzymvej fra tyrosin til reticulin i gær.
”At komme til reticuline er kritisk, fordi derfra er de molekylære trin, der producerer codein og morfin fra reticuline, allerede blevet beskrevet i gær,” siger Martin. ”Reticuline er også et molekylært knudepunkt i BIA-banen. Derfra kan vi udforske mange forskellige veje til andre potentielle stoffer, ikke kun opiater. ”
Opdagelsen fremskynder dramatisk uret, når narkotika til hjemmebrygging kan blive en realitet, siger forskere og advarer om, at tilsynsmyndigheder og retshåndhævende embedsmænd skal være opmærksomme.
"Vi ser sandsynligvis på en tidslinje på et par år, ikke et årti eller mere, hvor sukkerfodret gær pålideligt kunne producere et kontrolleret stof," siger Dueber. ”Tiden er nu til at tænke over politikker, der skal adressere dette forskningsområde. Marken bevæger sig overraskende hurtigt, og vi er nødt til at være ude foran, så vi kan mindske potentialet for misbrug. ”
I en kommentar offentliggjort i Natur og tidsbestemt med offentliggørelsen af den nye undersøgelse opfordrer politikanalytikere til hurtig regulering af denne nye teknologi. De fremhæver de mange fordele ved dette arbejde, men de påpeger også, at "enkeltpersoner med adgang til gærstammen og grundlæggende færdigheder inden for gæring ville være i stand til at dyrke gæren ved hjælp af det, der svarer til et hjemmebryggesæt."
De anbefaler at begrænse konstruerede gærstammer til licenserede faciliteter og til autoriserede forskere og bemærke, at det ville være vanskeligt at opdage og kontrollere ulovlig transport af sådanne stammer.
Mens sådanne kontroller kan hjælpe, siger Dueber, "En yderligere bekymring er, at når viden om, hvordan man opretter en opiatproducerende stamme, er derude, kan enhver, der er uddannet i grundlæggende molekylærbiologi, teoretisk bygge den."
Et andet mål for regulering ville være de virksomheder, der syntetiserer og sælger DNA-sekvenser. "Der findes allerede begrænsninger for sekvenser, der er bundet til patogene organismer, som kopper," siger DeLoache. "Men måske er det tid, vi også ser på sekvenser til produktion af kontrollerede stoffer."
