Από τους αρχαίους χρόνους, οι οινοπαραγωγοί, οι ζυθοποιοί και οι αρτοποιοί έχουν αξιοποιήσει τις ιδιότητες ζύμωσης της ζύμης στο άρτυμα ψωμιού και παράγουν οινοπνευματώδη ποτά. Αλλά τώρα, μια ομάδα επιστημόνων στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ έχει τροποποιήσει γενετικά αυτό το μικρόβιο αναγέννησης για έναν μοναδικό σκοπό: την άντληση παυσίπονων οπιούχων.
σχετικό περιεχόμενο
- Ιστορία τεσσάρων χιλιάδων ετών της ασπιρίνης
- 11 λόγοι για αγάπη βακτήρια, μύκητες και σπόρια
- Η Τιμή Υπερβολικής Ηρωίνης των ΗΠΑ είναι σχεδόν τετραπλάσια
Παρόλο που είναι απίθανο να βρείτε οπιούχα στην τοπική μικροσκοπική εταιρία σας, τα αποτελέσματα δείχνουν μεγάλη υπόσχεση για την επιτάχυνση της διαδικασίας παρασκευής αυτών των φαρμάκων, καθώς και για το άνοιγμα των θυρών για την ανακάλυψη νέων φαρμάκων.
"Πολλά από τα φάρμακά μας μετατοπίζονται στην παραγωγή από τη βιοτεχνολογία", λέει η συγγραφέας της μελέτης Christina Smolke, αναπληρωτής καθηγητής βιοϊατρικής στο Stanford. "Τα φυτά κάνουν πραγματικά περίπλοκη βιοχημεία για να κάνουν αυτές τις ενώσεις, αλλά η πρόκληση είναι ότι δεν το κάνουν απαραίτητα αποτελεσματικά".
Ιστορικά, όλα τα παυσίπονα οπιούχων προέρχονται από την παπαρούνα οπίου, η οποία αναπτύσσεται νομίμως σε τοποθεσίες όπως η Αυστραλία, η Ευρώπη και η Ινδία και αποστέλλονται σε κέντρα παραγωγής. Οι ενώσεις φυτών απομονώνονται, εξευγενίζονται και μετατρέπονται σε συνταγογραφούμενα φάρμακα σε μια διαδικασία που μπορεί να διαρκέσει ένα χρόνο ή περισσότερο από το αγρόκτημα έως το φαρμακείο.
Όπως και κάθε άλλο προϊόν που εξαρτάται από τη συγκομιδή, τα οπιούχα μπορούν να υποβληθούν σε μόλυνση από επιβλαβείς οργανισμούς, ξηρασία, μεταβολές στο κλίμα και άλλες μεταβλητές ικανές να περιορίσουν την παραγωγή γνωστών φαρμάκων όπως η μορφίνη, η κωδεΐνη, η οξυκωδόνη και η υδροκωδόνη (πιο γνωστή με το εμπορικό σήμα Vicodin ). Με δεδομένους αυτούς τους περιορισμούς, οι ερευνητές θέλησαν να συμπιέσουν ολόκληρη τη γεωργική και παραγωγική διαδικασία σε έναν μόνο βιοαντιδραστήρα που θα μπορούσε να παράγει παυσίπονα σε λίγες μέρες.
«Θέλαμε να δείξουμε ότι θα μπορούσατε να ακολουθήσετε μια διαδικασία που είναι παραδοσιακά κατανεμημένη τόσο σε βιολογική όσο και χημική σύνθεση και να την ενσωματώσετε εξ ολοκλήρου μέσα σε μια σύνθεση σύνθεσης σε ζύμη», λέει ο Smolke.
Υπήρχαν ενθαρρυντικά προηγούμενα για τη δημιουργία φυτικών φαρμάκων που χρησιμοποιούν συνθετική βιολογία. Το 2006, το αντιλαμαρικό φάρμακο artemisinin, που προέρχεται από το γλυκό δέντρο πεύκου, παράχθηκε με επιτυχία από γενετικά τροποποιημένα κύτταρα ζύμης. Αυτή η διαδικασία βιοσύνθεσης διευρύνθηκε γρήγορα - η ζύμη που παρασκευάζεται αρτεμισινίνη αντιπροσωπεύει σήμερα περίπου το ένα τρίτο του παγκόσμιου εφοδιασμού. Και νωρίτερα αυτό το έτος, μια ομάδα της UC Berkeley σχεδίασε μαγιά ζυθοποιίας για να κάνει ένα από τα δομικά στοιχεία της μορφίνης.
Οι ερευνητές του Στάνφορντ έπρεπε πρώτα να καταργήσουν και να αναδημιουργήσουν γενετικά κάθε βήμα ενεργοποίησης του ενζύμου στην αλυσίδα της σύνθεσης που μετατρέπει την τυροσίνη, ένα αμινοξύ που παράγει η ζύμη από τη ζάχαρη, στη θεβαΐνη πρόδρομο για πολλά κοινά παυσίπονα με οπιοειδή. Οι επιστήμονες θα μπορούσαν στη συνέχεια να εισαγάγουν τα απαραίτητα γονίδια για τη μετατροπή της θεβαΐνης σε υδροκωδόνη. Αλλά μετά από όλα αυτά τα βιοχημικά κατασκευαστικά έργα, η ομάδα έτρεξε σε ένα τεχνικό εμπόδιο-δεν ήταν σε θέση να δημιουργήσουν μια επαρκή ποσότητα οπιοειδούς προϊόντος. Ανακάλυψαν ότι η μαγιά ερμηνεύει εσφαλμένα τις οδηγίες για την παρασκευή της πρωτεΐνης που είναι απαραίτητη για την επίτευξη ενός βασικού σταδίου στη γραμμή παραγωγής.
"Στη συνέχεια, έπρεπε να ξαναγράψουμε τις οδηγίες για το πώς η ζύμη πρέπει να κάνει την πρωτεΐνη έτσι ώστε να μοντελοποιείται πιό στενά το πώς το κάνει το φυτό", λέει ο Smolke. Μέχρι το τέλος της διαδικασίας, οι ερευνητές είχαν ανακατασκευάσει τα κύτταρα ζύμης με 23 νέα γονίδια από μια ποικιλία οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων αρκετών φυτικών ειδών, αρουραίων και βακτηρίων. Ακόμα και τώρα, όμως, η συνολική διαδικασία είναι υπερβολικά αναποτελεσματική, απαιτώντας περισσότερους από 4.400 γαλόνια ζύμης για να παραχθεί μια μονή δόση υδροκοδόνης.
"Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις μας, θα πρέπει να βελτιώσουμε την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας κατά 100.000 φορές για να είμαστε έτοιμοι για εμπορική παραγωγή", λέει ο Smolke, η ομάδα του οποίου αναφέρει τα αποτελέσματα αυτής της εβδομάδας στην επιστήμη . "Αλλά πιστεύουμε ότι αυτό είναι εφικτό και έχουν ήδη ξεκινήσει αυτό το έργο."
Οι συγγραφείς επισημαίνουν πολλά οφέλη που θα προέκυπταν από τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας τους. Πρώτον, θα μειώσει σημαντικά το κόστος κατασκευής για τα οπιούχα, δημιουργώντας ευκαιρίες για την επίτευξη των εκτιμώμενων 5, 5 δισεκατομμυρίων ανθρώπων που έχουν περιορισμένη πρόσβαση σε φάρμακα για τον πόνο. Και επειδή αυτή είναι μια διαδικασία που είναι απολύτως αυτοδύναμη, μπορεί να γίνει οπουδήποτε -αφαιρέσει την εξάρτηση από τη γεωγραφία και το κλίμα, επιτρέποντας ταυτόχρονα μεγαλύτερο περιορισμό και ποιοτικό έλεγχο. Η ολοκληρωμένη σύνθεση ζύμης ελευθερώνει επίσης γη για άλλους τύπους ζαχαροκάλαμου που καλλιεργεί την καλλιέργεια για να τροφοδοτήσει τη ζύμη καταλαμβάνει πολύ λιγότερη έκταση από εκείνη που απαιτείται για την καλλιέργεια της παπαρούνας.
Αλλά ίσως το μεγαλύτερο όφελος αυτής της τεχνολογίας προέρχεται από την ευελιξία της να εξερευνήσει νέες φαρμακευτικές ενώσεις που είναι πιο αποτελεσματικές και έχουν λιγότερες παρενέργειες.
"Οι άνθρωποι εργάζονται σε όλα τα είδη πολύ ενδιαφέρουσες εναλλακτικές λύσεις σε συμβατικά οπιούχα", λέει ο Kenneth Oye, αναπληρωτής καθηγητής πολιτικών επιστημών και συστημάτων μηχανικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. "Το μεγάλο πλεονέκτημα της μετάβασης από τις παραδοσιακές τεχνικές παραγωγής σε αυτές τις οδούς σύνθεσης σε ζυμομύκητες είναι ότι οι οδοί τροποποιούνται πολύ πιο εύκολα, επιτρέποντας ευκολότερη σύνθεση νέων ενώσεων".
Παρόλα αυτά, καθιστώντας ευκολότερη την παραγωγή οπιούχων συνεπάγεται σημαντικές εκτιμήσεις ασφάλειας και κατάχρησης.
"Δεν νομίζω ότι το στέλεχος που αναπτύχθηκε από το εργαστήριο της Christina Smolke θέτει μια μεγάλη απειλή για τη δημόσια υγεία και ασφάλεια όπως είναι ", λέει ο Oye. Πράγματι, ο Smolke πρόσφατα εξέτασε τη βιωσιμότητα του στελέχους του υπό συνθήκες εγχώριας παρασκευής και διαπίστωσε ότι δεν παρήγαγε οπιούχα. "Αλλά αν κάποιος είχε να αναπτύξει ένα στέλεχος ζύμης με ένα μονοπάτι που πήγε από τη γλυκόζη στην ηρωίνη με υψηλή απόδοση, τότε έχετε ένα πρόβλημα. Ένα τέτοιο στέλεχος μπορεί να έχει τις δυνατότητες για οπιούχα από το σπίτι. "
Η Oye επισημαίνει επίσης ότι εάν αναπτύχθηκε μια τέτοια ποικιλία ζύμης, ο έλεγχος της διανομής θα ήταν εξαιρετικά δύσκολος. "Αυτό είναι κάτι που θα μπορούσε να αναπαραχθεί αρκετά εύκολα και θα ήταν δύσκολο να περιοριστεί ή να ανακληθεί", λέει. Υποστηρίζει ότι ο έγκαιρος διάλογος είναι ουσιαστικός για να εξασφαλιστούν ασφαλείς τεχνικές και πολιτικές προφυλάξεις, όπως είναι τα μηχανικά στελέχη ζύμης να εξαρτώνται από τα θρεπτικά συστατικά που είναι δύσκολο να αποκτηθούν, να εισαχθούν δείκτες που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ανίχνευση και να αυξήσουν την εργασιακή ασφάλεια. "Σε πολλές περιπτώσεις, οι επιλογές σας για τον μετριασμό του πιθανού κινδύνου είναι περιορισμένες όταν ολοκληρωθεί η εργασία", λέει ο Oye.
Ο Smolke συμφωνεί και προσθέτει: "Πιστεύω ότι πρέπει να υπάρξει μια ανοιχτή διαδικασία διαβούλευσης για να συζητηθούν οι πραγματικές ανησυχίες και πώς να αναπτυχθούν στρατηγικές για τον μετριασμό αυτών των κινδύνων. Δεν εξαρτάται μόνο από την τεχνολογία, αλλά και από τους φορείς χάραξης πολιτικής, την επιβολή του νόμου και την ιατρική κοινότητα. Και αν αυτή η έρευνα καταλύει μια συζήτηση γύρω από αυτό, νομίζω ότι αυτό είναι πραγματικά σημαντικό. "
