自釀的嗎啡:不需要罌粟花

自釀的嗎啡:不需要罌粟花

自製啤酒和後院釀酒廠的粉絲已經知道如何使用酵母將糖轉化為酒精。

現在,生物工程師已經走得更遠,完成了將糖食酵母變成微生物工廠生產嗎啡和其他潛在藥物(包括抗生素和抗癌治療藥物)所需的關鍵步驟。

在過去十年中,少數合成生物學實驗室一直致力於在微生物中復制罌粟植物中復雜的15步驟化學途徑,以生產治療藥物。

研究團隊使用獨立重建罌粟藥物途徑的不同部分 E. 大腸桿菌 或酵母,但迄今為止所缺少的是允許單個生物從頭到尾完成任務的最後步驟。

一個可行的挑戰

一項新的研究在線發表在期刊上 自然 - 化學生物學 展示了研究人員如何通過複製酵母工程菌株中的早期步驟來克服這一障礙。 他們能夠從葡萄糖的衍生物酪氨酸合成罌粟中的一種化合物網狀番荔枝鹼。

“從發酵的角度來看,你真正想做的是能夠餵養酵母葡萄糖,這是一種廉價的糖源,讓酵母做下游所需的所有化學步驟來製造你的目標治療藥物,”John Dueber說。該研究的主要研究者和加州大學伯克利分校的生物工程助理教授。

“通過我們的研究,已經描述了所有步驟,現在將它們連接在一起並擴大流程的問題。 這不是一個微不足道的挑戰,但它是可行的。“


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罌粟通路

使罌粟植物路徑如此具有挑戰性的品質與使其成為研究的有吸引力的目標的品質相同。

它很複雜,但它是研究人員建立新療法的基礎。 芐基異喹啉生物鹼或BIA是罌粟中發現的一類高生物活性化合物,該家族包括從植物中分離的一些2,500分子。

也許BIA途徑中最著名的踪跡是導致阿片類藥物的途徑,如可待因,嗎啡和蒂巴因,羥考酮和氫可酮的前體。 所有都是受控物質。 但不同的踪跡將導致解痙性罌粟鹼或抗生素前體二氫神經鞘氨醇。

“植物生長周期緩慢,因此很難通過遺傳工程改造罌粟來完全探索BIA途徑可能產生的所有化學物質,”主要作者,生物工程博士生William DeLoache說。 “將BIA途徑轉移到微生物上可以大大降低藥物發現的成本。 我們可以輕鬆地操縱和調整酵母的DNA,并快速測試結果。“

通過重新利用天然用於生產其充滿活力的色素的甜菜酶,研究人員可以誘導酵母將酪氨酸(一種易於從葡萄糖中提取的氨基酸)轉化為多巴胺。

監管機構的紅旗

在康考迪亞大學微生物基因組學和工程學教授文森特·馬丁的實驗室的幫助下,研究人員能夠重建酵母中從酪氨酸到網狀番荔枝鹼的完整七酶途徑。

“獲得網狀蛋白是至關重要的,因為從那裡開始,已經在酵母中描述了從網狀蛋白中產生可待因和嗎啡的分子步驟,”Martin說。 “此外,網狀蛋白是BIA途徑中的分子中樞。 從那裡,我們可以探索其他潛在藥物的不同途徑,而不僅僅是阿片類藥物。“

研究人員稱,這一發現大大加快了自製藥物成為現實的時間,警告監管機構和執法官員應該注意。

“我們可能正在考慮幾年的時間表,而不是十年或更長時間,當糖食酵母能夠可靠地生產受控物質時,”杜伯說。 “現在是時候考慮解決這一研究領域的政策了。 該領域的發展速度驚人,我們需要走在前面,這樣我們才能減少濫用的可能性。“

在一篇評論中發表 性質 隨著新研究的發布,政策分析師呼籲對這項新技術進行緊急監管。 他們強調了這項工作的諸多好處,但他們也指出“能夠獲得酵母菌株和發酵基本技能的個體能夠使用相當於自製藥箱的酵母來培育酵母。”

他們建議將工程酵母菌株限制在許可的設施和授權的研究人員身上,並指出難以檢測和控制此類菌株的非法轉運。

雖然這樣的控制措施可能有所幫助,但Dueber說,“另外一個問題是,一旦知道如何產生鴉片劑生產菌株,那麼任何受過基礎分子生物學培訓的人都可以在理論上建立它。”

監管的另一個目標是合成和銷售DNA序列的公司。 DeLoache說:“對於與天花等致病微生物有關的序列已經存在限制。” “但也許是時候我們也要看生產受控物質的序列了。”

資源: 美國加州大學伯克利分校

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