Geskryf deur Sarah Yang-Berkeley
Aanhangers van homebrewed bier en agterplaas distilleerderye weet reeds hoe om gis in te sit om suiker in alkohol te omskep.
Nou het bio-ingenieurs baie verder gegaan deur belangrike stappe te doen wat nodig is om suikervoedingsgis in 'n mikrobiese fabriek te maak vir die vervaardiging van morfien en potensieel ander middels, insluitend antibiotika en anti-kanker terapeutiese middels.
Oor die afgelope dekade het 'n handjievol sintetiese biologie laboratoriums gewerk om in mikrobes 'n komplekse, 15-stap-chemiese weg in die papawerplant te repliseer om produksie van terapeutiese middels toe te laat.
Navorsingspanne het self verskillende dele van die papawer se dwelmroete herskep E. coli of gis, maar wat tot dusver ontbreek het, was die finale stappe wat 'n enkele organisme sou toelaat om die taak van begin tot einde uit te voer.
A uitvoerbaar Challenge
'N nuwe studie gepubliseer aanlyn in die joernaal Aard Chemiese Biologie wys hoe navorsers wat hekkie deur replicerende die vroeë stappe in die pad in 'n ontwikkelde vorm van gis oorwin het. Hulle was in staat om reticuline, 'n verbinding in papawer sintetiseer, uit tirosien, 'n afgeleide van glukose.
"Wat jy regtig van 'n fermentasieperspektief wil doen, is om die gis glukose, wat 'n goedkoop suikerbron is, te kan voed, en moet die gis al die chemiese stappe benodig stroomaf om jou teiken terapeutiese middel te maak," sê John Dueber , die studie se hoofondersoeker en 'n assistent professor in bio-ingenieurswese aan die Universiteit van Kalifornië, Berkeley.
"Met ons studie is al die stappe beskryf, en dit is nou 'n kwessie om hulle saam te koppel en die proses te vergroot. Dit is nie 'n triviale uitdaging nie, maar dit is uitvoerbaar. "
Die eienskappe wat die papawerplantpad so uitdagend maak, is dieselfde, wat dit so 'n aantreklike teiken vir navorsing maak.
Dit is kompleks, maar dit is die grondslag waarop navorsers nuwe terapeutiese middels kan bou. Benzylisoquinolienalkaloïede, of BIA's, is die klas van hoogs bioaktiewe verbindings wat in die papawer voorkom, en daardie familie sluit in sommige 2,500-molekules wat van plante geïsoleer word.
Miskien is die bekendste roete in die BIA-pad die een wat lei tot die opiate, soos kodeïen, morfien en thebaine, 'n voorloper van oksikodoon en hidrokodon. Almal is beheerde stowwe. Maar verskillende roetes sal lei tot die antispasmodiese papaverine of die antibiotiese voorloper dihydrosanguinarine.
"Plante het stadige groeisiklusse, daarom is dit moeilik om alle moontlike chemikalieë wat van die BIA-pad gemaak kan word, volledig te ondersoek deur die papawer geneties te manipuleer," sê die hoofskrywer William DeLoache, 'n PhD-student in bio-ingenieurswese. "Om die BIA-pad na mikrobes te beweeg, verminder die koste van medisyne-ontdekking dramaties. Ons kan die DNA van die gis maklik manipuleer en tune en vinnig die resultate toets. "
Deur middel van 'n ensiem van bietjies wat natuurlik gebruik word in die produksie van hul lewendige pigmente, kan navorsers gis koester om tyrosien, 'n aminosuur wat maklik van glukose afkomstig is, om te skakel in dopamien.
Rooi Vlag Vir Reguleerders
Met behulp van die laboratorium van Vincent Martin, professor in mikrobiese genomika en ingenieurswese aan die Concordia Universiteit, kon navorsers die volle sewe-ensiem-pad vanaf tyrosien tot retikulien in gis herkonstitueer.
"Om retikulien te kry, is van kritieke belang, want daarvandaan is die molekulêre stappe wat kodeïen en morfien van retikulien produseer, reeds in gis beskryf," sê Martin. "Retikulien is ook 'n molekulêre hub in die BIA-pad. Daarvandaan kan ons baie verskillende paaie na ander potensiële dwelms ondersoek, nie net opiate nie. "
Die ontdekking dramaties versnel die horlosie vir wanneer dwelmbesparende dwelms 'n werklikheid kan word, sê navorsers en waarsku dat reguleerders en wetstoepassingsbeamptes aandag moet skenk.
"Ons kyk waarskynlik na 'n tydlyn van 'n paar jaar, nie 'n dekade of meer nie, wanneer suikergevoerde gis betroubaar 'n beheerde middel kan produseer," sê Dueber. "Die tyd is nou om te dink aan beleid om hierdie navorsingsgebied aan te spreek. Die veld beweeg verrassend vinnig en ons moet voorkant wees sodat ons die potensiaal vir misbruik kan versag. "
In 'n kommentaar gepubliseer in Aard en tydsberekening met die publikasie van die nuwe studie, vereis beleidsontleders dringende regulering van hierdie nuwe tegnologie. Hulle beklemtoon die vele voordele van hierdie werk, maar hulle wys ook daarop dat "individue met toegang tot die gisspanning en basiese vaardighede in fermentasie die gis kan gebruik deur die ekwivalent van 'n homebrew-kit te gebruik."
Hulle beveel aan die beperking van ontwerp gisrasse om gelisensieer fasiliteite en gemagtigde navorsers, en let op dat dit moeilik sou wees om op te spoor en te beheer die onwettige vervoer van sodanige stamme.
Terwyl sulke beheermaatreëls kan help, sê Dueber, 'n Bykomende kommer is dat sodra die kennis van hoe om 'n opiate-produksie stam te skep, daar is, kan enigeen wat opgelei is in basiese molekulêre biologie dit teoreties bou.
Nog 'n doelwit vir regulering is die maatskappye wat DNA-sekwense sintetiseer en verkoop. "Beperkings is reeds in plek vir reekse wat gekoppel is aan patogene organismes, soos pokke," sê DeLoache. "Maar miskien is dit tyd dat ons ook kyk na rye vir die vervaardiging van beheerde stowwe."