Sejak zaman purba, pembuat wain, bir dan tukang roti telah memanfaatkan sifat penapaian ragi kepada roti yang bergaram dan menghasilkan minuman beralkohol. Tetapi sekarang, satu pasukan saintis di Stanford University telah mengubah suai mikrobiologi ini untuk tujuan unik: mengepam ubat penghilang rasa sakit.
Kandungan Terkait
- Sejarah Empat Ribu Aspirin
- 11 Alasan Mencintai Bakteria, Kulat dan Spora
- Kadar Overdosis Heroin AS Hampir Quadruples
Walaupun anda tidak dapat mencari apa-apa opiates di microbrewery tempatan anda tidak lama lagi, keputusan menunjukkan janji yang besar dalam mempercepatkan proses pengeluaran untuk ubat-ubatan ini, serta membuka pintu untuk penemuan ubat-ubatan baru.
"Banyak ubat-ubatan kami sedang dipindahkan ke pengeluaran oleh bioteknologi, " kata penulis kajian Christina Smolke, profesor bioengineering di Stanford. "Tumbuhan melakukan biokimia yang sangat canggih untuk membuat sebatian ini, tetapi cabarannya adalah bahawa mereka tidak semestinya melakukannya dengan cekap."
Dari segi sejarah, semua ubat penahan rasa sakit telah diturunkan dari poppy opium, yang ditanam secara sah di lokasi seperti Australia, Eropah dan India dan dihantar ke pusat pembuatan. Sebatian tumbuhan kemudiannya diasingkan, ditapis dan diubah menjadi ubat preskripsi dalam proses yang boleh mengambil masa setahun atau lebih dari ladang ke farmasi.
Seperti mana-mana produk lain yang bergantung kepada tanaman, opiat boleh tertakluk kepada serangan hama, kemarau, perubahan iklim dan pembolehubah lain yang mampu menghadkan pembuatan ubat-ubatan yang biasa seperti morfin, kodin, oksikodon dan hidrokodon (lebih dikenali dengan nama Vicodin ). Memandangkan sekatan ini, para penyelidik ingin memampatkan keseluruhan proses pertanian dan pembuatan menjadi satu bioreaktor yang boleh menghasilkan ubat penghilang rasa sakit dalam masa beberapa hari.
"Kami ingin menunjukkan bahawa anda boleh mengambil satu proses yang diedarkan secara tradisi merentasi kedua-dua sintesis biologi dan kimia dan mengintegrasikannya sepenuhnya dalam laluan sintesis dalam yis, " kata Smolke.
Mendorong precedents wujud untuk mewujudkan ubat berasaskan tumbuhan menggunakan biologi sintetik. Pada tahun 2006, artemisinin dadah anti-malarial, yang berasal dari pokok wormwood manis, berjaya dihasilkan daripada sel-sel yis genetik yang diubah suai. Proses biosintesis ini diperluas dengan artemisinin yang dibuat dengan cepat-ragi yang kini menyumbang kira-kira satu pertiga daripada bekalan dunia. Dan pada awal tahun ini, satu pasukan di UC Berkeley merekabentuk yis brewer untuk membuat salah satu blok bangunan morfin.
Untuk memujuk ragi mereka ke jalur biokimia untuk opiat, para penyelidik Stanford mula-mula terpecah dan secara genetik mewujudkan semula setiap langkah enzim yang dibolehkan dalam rantai sintesis yang mengubah tyrosine, asid amino ragi yang dihasilkan daripada gula, kepada thebaine, yang pendahuluan untuk banyak ubat penahan sakit opioid biasa. Para saintis kemudian boleh memasukkan gen yang diperlukan untuk menukar thebaine ke hidrokodon. Tetapi setelah semua kerja pembinaan biokimia ini, pasukan berlari ke halangan teknikal-mereka tidak dapat mencipta produk opioid yang mencukupi. Mereka mendapati bahawa ragi itu salah membaca arahan untuk membuat protein yang diperlukan untuk mencapai tahap utama dalam barisan pengeluaran.
"Kami kemudian menulis semula arahan untuk bagaimana ragi perlu membuat protein supaya ia lebih teliti bagaimana tumbuhan melakukannya, " kata Smolke. Menjelang akhir proses, para penyelidik telah membina sel ragi dengan 23 gen baru dari pelbagai organisma, termasuk beberapa spesies tumbuhan, tikus dan bakteria. Walaupun sekarang, proses keseluruhannya terlalu tidak cekap, memerlukan lebih daripada 4, 400 gelen yis untuk menghasilkan satu dos hidrokodon.
"Dengan anggaran kami, kami perlu meningkatkan kecekapan proses sebanyak 100, 000 kali untuk bersedia untuk pengeluaran komersial, " kata Smolke, yang pasukannya melaporkan keputusan minggu ini dalam Sains . "Tetapi kami percaya ini dapat dilaksanakan dan sudah memulakan kerja itu."
Penulis menunjukkan beberapa faedah yang akan dihasilkan daripada mengoptimumkan proses mereka. Pertama, ia akan mengurangkan kos pengeluaran bagi opiat dengan ketara, mewujudkan peluang untuk mencapai anggaran 5.5 bilion orang yang mempunyai akses terhad kepada ubat sakit. Dan kerana ini adalah proses yang serba lengkap, ia boleh berlaku di mana sahaja-menghapus kebergantungan pada geografi dan iklim sambil membolehkan pengawalan dan kawalan kualiti yang lebih besar. Sintesis yis bersepadu juga membebaskan tanah untuk jenis tebu yang semakin berkembang untuk memberi makan ragi yang memerlukan kawasan tanah yang jauh lebih sedikit daripada yang diperlukan untuk pertanian popi.
Tetapi mungkin manfaat terbesar teknologi ini berasal dari kelenturannya untuk meneroka sebatian perubatan baru yang lebih berkesan dan mempunyai kesan sampingan yang lebih sedikit.
"Orang bekerja pada semua jenis alternatif yang sangat menarik untuk opiat konvensional, " kata Kenneth Oye, profesor ilmu sains politik dan sistem kejuruteraan di Massachusetts Institute of Technology. "Keuntungan besar dari teknik produksi tradisional ke jalur ini untuk sintesis dalam ragi adalah bahawa jalur jauh lebih mudah diubahsuai, yang membolehkan sintesis lebih mudah dari senyawa baru."
Walau bagaimanapun, menjadikannya lebih mudah untuk menghasilkan opiat membawa pertimbangan keselamatan dan penyalahgunaan penting.
"Saya tidak fikir bahawa ketegangan yang dibangunkan oleh makmal Christina Smolke menimbulkan ancaman besar terhadap kesihatan dan keselamatan awam, " kata Oye. Sesungguhnya, Smolke baru-baru ini menguji daya hidup ketegangan mereka di bawah keadaan buatan rumah dan mendapati bahawa ia tidak menghasilkan opiat. "Tetapi jika ada orang yang mengembangkan ketegangan yis dengan jalur yang pergi dari glukosa ke heroin dengan kecekapan tinggi, maka anda mempunyai masalah. Ketegangan sedemikian mungkin berpotensi untuk membedakan opiat rumah. "
Oye juga menegaskan bahawa jika ketegangan yis seperti itu dikembangkan, kawalan ke atas pengedaran akan menjadi sangat sukar. "Ini adalah sesuatu yang boleh diterbitkan dengan cara yang agak mudah dan sukar untuk dikandung atau ditarik semula, " katanya. Beliau berpendapat bahawa dialog awal adalah penting untuk memastikan tindakan pencegahan teknikal dan dasar yang selamat, seperti strain yis kejuruteraan bergantung kepada nutrien yang sukar diperoleh, memasukkan penanda yang dapat membantu pengesanan, dan meningkatkan keselamatan makmal. "Dalam banyak keadaan, pilihan untuk meringankan risiko berpotensi terhad apabila kerja selesai, " kata Oye.
Smolke bersetuju, sambil menambah: "Saya percaya perlu ada proses pembicaraan terbuka untuk membincangkan kebimbangan sebenar dan bagaimana membangun strategi untuk mengurangkan risiko ini. Ia bukan hanya bergantung pada teknologi tetapi juga pembuat dasar, penguatkuasaan undang-undang dan komuniti perubatan. Dan jika penyelidikan ini memperjuangkan perbincangan tentang perkara itu, saya fikir itu benar-benar penting. "
