Дрожжи являются одним из видов микроорганизмов, обычно используемых для того, чтобы сделать хлеб, вино и пиво. Теперь, ученые из Стэнфордского университета в Калифорнии применили их в медицине, используя для создания опиоидов.

дрожжи-в-Петри-блюдоДрожжи – это микроорганизмы, обычно используемые для того, чтобы сделать хлеб, вино и пиво.

Старший автор исследования Кристина Смолк, ассоциированный профессор биоинженерии в Стэнфордском университете, и ее коллеги опубликовали результаты своего исследования в журнале Science.

Опиоиды – наиболее широко используемые обезболивающие препараты в США. Они действуют путем присоединения к опиоидным рецепторам в центральной нервной системе и желудочно-кишечном тракте, уменьшая интенсивность болевых сигналов, направленных в головной мозг.

Виды опиоидов включают гидрокодон, кодеин, метадон, героин и морфин; они производятся из опийного мака.

По данным профессора Смолк и ее коллеги, производство партии опиоидных препаратов занимает около года. Мак должен быть собран на многих фермерских хозяйствах в странах, которые имеют лицензию на его выращивание (например, Австралия и части Европы), и обработан, перед тем, как попасть на фармацевтические заводы. Затем активные молекулы препарата извлекаются из растений и из них производят опиоидные препараты.

Можно ли избежать этого трудоемкого процесса, если ученые смогли сделать опиоиды, используя дрожжи?

 

Генетическая модификация дрожжей включает 23 фермента из растений, бактерий и крыс.

В настоящее время, растительные препараты создается с помощью химических процессов, которые извлекают и концентрируют активные соединения. Но ученые из Стэнфордского университета разработали новый подход создания опиоидов.

Исследователи уже генетически модифицировали дрожжи для производства артемизинина – препарата, изначально получаемого из полыни однолетней, который используется для лечения малярии – с помощью биосинтеза. Это включало добавление модифицированных участков ДНК для 6 ферментов в дрожжевые клетки, с целью их перепрограммирования. Процесс оказался успешным, и примерно треть артемизинина в мире в настоящее время создается при помощи такого подхода.

генетически модифицирование-дрожжевой

Используя 23 фермента из растений, бактерий и крыс, исследователи смогли генетически модифицировать дрожжи для выработки опиоида под названием гидрокодон.

«Тем не менее, — говорят профессор Смолк и ее коллеги, — процесс биосинтеза, использованный нами для создания опиоидов при помощи дрожжей был намного сложнее; потребовалось 23 фермента из растений, бактерий и крыс, чтобы генетически модифицировать дрожжи для создания гидрокодона».

«Это самый сложный химический синтез, когда-либо созданный в дрожжах», — говорит профессор Смолк.

Опийный мак и некоторые другие растения вырабатывают молекулу под названием (S)-ретикулин, который естественным путем реконфигурируется в вариант под названием (R)-ретикулин. Этот вариант инициирует выработку обезболивающих молекул.

Исследователи добавили фермент, который реконфигурирует ретикулин, в дрожжи, но обнаружили, что он не в состоянии вырабатывать достаточно гидрокодона. Они генетически модифицировали каждый последующий фермент реконфигурации с целью повысить выработку гидрокодона.

Добавление 23 модифицированных фермента в дрожжевые клетки сделало возможным преобразование сахара – основного источника энергии – в гидрокодон в течение 3-5 дней. «Ферменты создают и разрушают молекулы. Они являются героями действия в биологии», — говорит соавтор исследования Стефани Галани.

Используя этот процесс, ученые также смогли создать тебаин – прекурсор (предшественник) для других опиоидных соединений. Хотя тебаин, созданный таким способом, все равно еще нуждается в обработке на фармацевтических фабриках, исследователи говорят, что этот метод ускорит производство, устраняя необходимость в выращивании мака.

 

Может ли этот новый процесс способствовать наркомании?

Хотя опиоиды являются эффективными обезболивающими средствами, они также играют ключевую роль в злоупотреблении назначаемыми препаратами. По оценкам, в 2012 году около 2,1 миллиона человек в США имели расстройства, связанные с употреблением опиоидов, а количество случайных смертей от назначения обезболивающих увеличилось более чем в 4 раза с 1999 года.

Профессор Смолк и ее коллеги признают, что их новый подход к созданию опиоидов может вызывать опасения о том, как это повлияет на злоупотребление препаратами. Они говорят, что если процесс будет расширен и введен в эксплуатацию, он должен быть под жестким контролем.

«Мы хотим создать открытый совещательный процесс, чтобы свести вместе исследователей и политиков, — говорит профессор Смолк. – Нам нужны гарантии, что производство лекарственных соединений на биологической основе разработано при помощи самого надежного способа».

Хотя опиоиды – самые часто употребляемые препараты в США, ученые отмечают, что во всем мире существует примерно 5,5 миллиарда человек, который имеют ограниченный доступ (или не имеют его) к обезболивающим средствам.

Они говорят, что генетическая модификация дрожжей для производства опиоидов может снизить стоимость препаратов и расширить их присутствие в местах, где доступ к обезболивающим препаратам низкий. Более того, они говорят, что их подход может быть использован для создания препаратов для лечения других заболевания, таких как артрит, инфекционные болезни и рак.

Профессор Смолк добавила: «Молекулы, которые и произвели, и методы, которые мы разработали, показывают, что можно с нуля создать важные лекарственные средства, используя только дрожжи. Мы можем сделать и обеспечить препаратами всех, кому они необходимы».