https://frosthead.com

שמרים שעברו שינוי גנטי הופכים סוכר למשככי כאבים

מאז ימי קדם, ייננים, בירות בירה ואופים רתמו את תכונות התסיסה של שמרים ללחמי מחמצת ומייצרים משקעים אלכוהוליים. אולם כעת, צוות מדענים מאוניברסיטת סטנפורד שינה גנטית את חיידק הרנסנס הזה למטרה ייחודית: לשאוב משככי כאבים על בסיס אופיאט.

תוכן קשור

  • ההיסטוריה של ארבע אלפי השנים של אספירין
  • 11 סיבות לאהוב חיידקים, פטריות ונבגים
  • מינון יתר של הרואין בארה"ב כמעט פי ארבעה

למרות שלא סביר שתמצאו אופיטים במיקרו-מבשלת הבירה המקומית שלכם בזמן הקרוב, התוצאות מראות הבטחה רבה לזרז את תהליך הייצור של תרופות אלו, כמו גם לפתוח דלתות לגילוי תרופות חדשות.

"רבות מהתרופות שלנו מועברות לייצור על ידי ביוטכנולוגיה", אומרת סופרת המחקר כריסטינה סמולקה, פרופסור חבר להנדסת ביו-אורגני בסטנפורד. "צמחים עושים ביוכימיה מתוחכמת באמת לייצור תרכובות אלה, אך האתגר הוא שהם לא בהכרח עושים זאת ביעילות."

מבחינה היסטורית, כל משככי הכאבים לאופיאטים נגזרו מהפרג האופיום, שגדל באופן חוקי במקומות כמו אוסטרליה, אירופה והודו ונשלח למרכזי ייצור. לאחר מכן מבודדים, מזוקקים תרכובות הצמח ומוסב לתרופות מרשם בתהליך שיכול לארוך שנה או יותר מחווה לבית מרקחת.

כמו כל מוצר אחר התלוי ביבול, גם אופים יכולים להיות נתונים להדברה, בצורת, שינויים באקלים ומשתנים אחרים המסוגלים להגביל את ייצור התרופות המוכרות כמו מורפין, קודין, אוקסיקודון והידרוקודון (הידוע יותר בשם המותג Vicodin ). בהתחשב במגבלות אלה, החוקרים רצו לדחוס את כל תהליך החקלאות והייצור לכדי ביואקטור יחיד שיכול לייצר משככי כאבים תוך ימים ספורים.

"רצינו להראות שאפשר לנקוט בתהליך שמופץ באופן מסורתי על פני סינתזה ביולוגית וכימית ולשלב אותו לחלוטין במסלול סינתזה בשמרים", אומר סמולקה.

תקדימים מעודדים היו קיימים ליצירת תרופות מבוססות צמחיות באמצעות ביולוגיה סינתטית. בשנת 2006, התרופה האנטי-מלריה ארטמיסינין, המופקת מעץ לענה המתוק, הופקה בהצלחה מתאי שמרים ששונו גנטית. תהליך ביוסינתזה זה התרחב במהירות - ארטמיסינין מתוצרת שמרים מהווה כיום כשליש מהאספקה ​​בעולם. ומוקדם יותר השנה, צוות ב- UC Berkeley הנדס שמרים של מבשלות בירה כדי להפוך את אחד מאבני הבניין של מורפיום.

כדי לשדל את השמרים שלהם לאורך הדרך הביוכימית לאופיאטים, החוקרים בסטנפורד נאלצו תחילה להתפרק וליצור גנטית מחדש כל שלב המאפשר אנזים בשרשרת הסינתזה שממירה טירוזין, חומצה אמינית שהשמרים מייצרים מסוכר, לתבין, מבשר להרבה משככי כאבים אופיואידים נפוצים. לאחר מכן המדענים יכלו להכניס את הגנים הדרושים להמרת תיאבין להידרוקודון. אבל אחרי כל עבודות הבנייה הביוכימיות הללו, הצוות נקלע למכשול טכני - הם לא הצליחו ליצור כמות מספקת של מוצר אופיואיד. הם גילו כי השמרים לא קראו את ההוראות להכנת החלבון הדרוש בכדי להגיע לשלב מפתח בפס הייצור.

"לאחר מכן נאלצנו לשכתב את ההוראות כיצד שמרים צריכים לייצר את החלבון כך שהוא יציב בצורה מדויקת יותר כיצד הצמח עושה זאת", אומר סמולקה. בסוף התהליך, החוקרים שיחזרו את תאי השמרים עם 23 גנים חדשים ממגוון אורגניזמים, כולל כמה מיני צמחים, חולדות וחיידקים. אולם גם כעת התהליך הכולל אינו יעיל מדי, הדורש יותר מ- 4, 400 ליטרים של שמרים כדי לייצר מנה יחידה של הידרוקודון.

"לפי הערכותינו, נצטרך לשפר את יעילות התהליך פי 100, 000 כדי להיות מוכנים לייצור מסחרי, " אומר סמולקה, שצוותו מדווח על התוצאות השבוע במדע . "אבל אנו מאמינים שזה אפשרי וכבר התחלנו בעבודה זו."

המחברים מציינים כמה יתרונות שנבעו ממיטוב התהליך שלהם. ראשית, זה יקטין משמעותית את עלויות הייצור של אופיאטים, ויוצר הזדמנויות להגיע ל -5.5 מיליארד האנשים שיש להם גישה מוגבלת לתרופות נגד כאבים. ומכיוון שמדובר בתהליך עצמאי לחלוטין, הוא יכול להתרחש בכל מקום - הסרת התלות בגיאוגרפיה ואקלים תוך מתן אפשרות לבלימה ובקרת איכות רבה יותר. סינתזת השמרים המשולבת גם משחררת אדמות לסוגים אחרים של חקלאות - גידול קנה סוכר להאכלת השמרים תופס שטח אדמה הרבה פחות מזה שנדרש לחקלאות פרג.

אבל אולי היתרון הגדול ביותר של טכנולוגיה זו נובע מהגמישות שלה לחקור תרכובות רפואיות חדשות יעילות יותר ויש להן פחות תופעות לוואי.

"אנשים עובדים על כל סוגי החלופות המעניינות ביותר לאופיאטים קונבנציונליים", אומר קנת אוי, פרופסור חבר למדעי המדינה ומערכות הנדסיות במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. "היתרון הגדול במעבר מטכניקות ייצור מסורתיות לנתיבים אלה לסינתזה בשמרים הוא שהמסלולים משתנים בהרבה יותר, ומאפשרים סינתזה קלה יותר של תרכובות חדשות."

ועדיין, הקלת ייצור האופיאטים טמונה בשיקולי בטיחות והתעללות חשובים.

"אני לא חושב שהמתח שפותח במעבדה של כריסטינה סמולקה מהווה איום גדול על בריאות הציבור ובטיחותו כפי שהם, " אומר אוי. אכן, סמולקה בדקה לאחרונה את כדאיות המתח שלהם בתנאי חליטה ביתיים וגילתה כי היא אינה מייצרת אופייאטים. "אבל אם מישהו יפתח זן של שמרים עם מסלול שעבר מגלוקוז להרואין ביעילות גבוהה, אז יש לך בעיה. זן כזה עשוי להיות בעל פוטנציאל לחומרי גלם ביתיים. "

אוי מציין כי גם אם יתפתח זן כזה של שמרים, השליטה בהפצה תהיה קשה ביותר. "זה דבר שאפשר לשחזר די בקלות וקשה להכיל או לזכור, " הוא אומר. הוא טוען כי דיאלוג מוקדם הוא חיוני בכדי להבטיח אמצעי זהירות טכניים ומדיניות בטוחים, כמו זני הנדסת שמרים להיות תלויים בחומרים תזונתיים שקשה להשיג, החדרת סמנים שיכולים לעזור בזיהוי והגברת אבטחת המעבדה. "במקרים רבים האפשרויות שלך להפחתת הסיכון הפוטנציאלי מוגבלות ברגע שהעבודה מסתיימת", אומר אוי.

סמולק מסכים ומוסיף: "אני מאמין שצריך להיות תהליך מכוון פתוח לדיון בדאגות האמיתיות וכיצד לפתח אסטרטגיות כדי להקל על הסיכונים האלה. זה לא תלוי רק בטכנולוגיה אלא גם בקובעי מדיניות, אכיפת החוק והקהילה הרפואית. ואם המחקר הזה מזרז דיון סביב זה, אני חושב שזה ממש חשוב. "

שמרים שעברו שינוי גנטי הופכים סוכר למשככי כאבים