В мире химии

Биотехнология позволит получать болеутоляющие из сахара

20 августа 2015

Генетическая модификация позволила исследователям из США получить первый модифицированный штамм дрожжей, способных синтезировать болеутоляющие опиоиды, используя крахмал в качестве сырьевого источника.

Правда, на настоящий момент говорить о возможности практического осуществления «опиоидного брожения» рано – выход целевых продуктов настолько низок, что для получения одной дозы болеутоляющего требуются тонны дрожжей. Однако авторы разработки надеются, что эффективность дрожжей может быть существенно повышена, что, в свою очередь, позволит понизить затраты на производство болеутоляющих, а также разработать новые опиоиды.

Кристина Смолке (Christina Smolke) и ее коллеги выложили мозаику, перебрав более чем два десятка ферментов растений, млекопитающих, бактерий и дрожжей, разработав, в итоге, единый метод биохимического синтеза бензилизохинолиноновых алкалоидов [benzylisoquinoline alkaloid (BIA)], который может быть реализован в генетически модифицированных пекарских дрожжах Saccharomyces cerevisiae. Как поясняет Смолке, возможность генетической инженерии микроорганизма, подобного дрожжам, с целью придания ему способностей получения соединений такого ряда может стабилизировать доступность этих препаратов и понизить их стоимость.



Исследователи использовали ферменты пяти различных организмов для получения штамма дрожжей, способных конвертировать сахара в опиоиды. (Рисунок из Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aac9373)

Поскольку маршрут длинный и сложный, разработка подхода была разбита на составляющие этапы, которые изучались в течение последнего десятилетия. В 2008 исследователи из группы Смолке сообщили о штамме дрожжей, способном производить ретикулин – важный интермедиат в синтезе опиоидов, из норлаудозолина, представляющего собой коммерчески доступный препарат.

Также сообщалось и о разработке других этапов, в частности биоконверсии ретикулина в тебаин и другие опиоиды. Главный прорыв в области приспособления дрожжей для синтеза опиоидов произошел в начале этого года, когда исследовательская группа Джона Дубера (John Dueber) из Университета Калифорнии (Беркли) сообщили о завершении работы над первой стадией биосинтеза – разработке штамма дрожжей, способных вырабатывать фермент тирозингидроксилазу и использовать этот биологический катализатор для синтеза ретикулина из глюкозы – именно тогда перспектива создания дрожжей, способных к «опиоидному брожению», стала как нельзя ближе.

Заключительная работа – создание биохимического процесса, способного получать опиоид тебаин непосредственно из сахара, исследователи из группы Смолке скомбинировали все уже разработанные маршруты, создав штамм, способный осуществлять все 21 ферментативно-катализируемых стадии в рамках одного генетически модифицированного организма. В процессе приходится решать огромное количество задач, направленных на поддержание ферментов в функциональном состоянии – они должны быть правильным образом локализованы в клетках, а также иметь соответствующую третичную структуру. После создания ГМ-организма, способного получать тебаин, перерабатывая крахмал, исследователи смогли добавить в генетический код дрожжей гены, отвечающие за трансляцию еще двух ферментов, способствующих конверсии тебаина в гидрокодон, еще одно болеутоляющее опиоидного ряда.

Исследователи из группы Смолке ранее уже демонстрировали, что другие модифицированные штаммы могут конвертировать тебаин в морфин и другие препараты, то есть модификацию дрожжей, похоже, можно проводить бесконечно, хотя на настоящий момент возможности биохимического метода синтеза морфина ограничиваются низким выходом. Хотя, как говорит Смолке, в этой ситуации нет худа без добра – низкий выход процесса, который, с одной стороны, является помехой коммерциализации биотехнологии, с другой стороны, позволяет не бояться применения дрожжей для «домашнего морфиноварения», пока выращивание мака и выделение определенных веществ из него представляет собой более простую и дешевую синтетическую процедуру (пока для получения 5 мг гидрокодона дрожжам приходится перерабатывать тысячи литров ферментативного бульона). Причиной столь низкого выхода является большое количество стадий реакции, однако исследователи надеются увеличить его с помощью стандартных для биотехнологии методов ускорения метаболизма дрожжевых культур.

Источник: Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aac9373

метки статьи: биохимия, бытовая химия, генетическая модификация организмов, медицинская химия, органическая химия, химия биомассы

В мире химии

Другие новости

30 октября 2016 Компания «Clariant» планирует увеличить выпуск безопасных антипиренов в два раза

Накануне представители известной швейцарской компании «Clariant» (Muttenz) сообщили о намерении группы увеличить мощности производства негалогенированных антипиренов «Exolit» в два раза уже к 2012 году. При этом было отмечено, что данное решение обусловлено существенным ростом ...


16 ноября 2014 Инвертированные композиты: металл снаружи, органика внутри

И. Йозеф (I. Yosef) и Д. Авнир (D. Avnir) из Университета Иерусалима получили «инвертированные композиты», частицы, в которых органические молекулы диспергированы внутри кристаллов металлов. Обработка растворов, содержащих помимо солей серебра и меди водорастворимые органические красители или полимеры, ...


17 июля 2016 Тонкие мембраны из кремния разделяют макромолекулы

Исследователи заявляют, что жесткие ультратонкие кремниевые мембраны могут существенно улучшить производительность микроаналитических систем, установок для диализа и, в будущем, послужить материалом для создания искусственных почек. Кристофер Штимер (Christopher Striemer) и Филипп Фоше (Philippe Fauchet) ...