Rewolucyjny system produkowania morfiny przez E.coli

Rewolucyjny system produkowania
morfiny przez E.coli
Zapotrzebowanie na środki uśmierzające ból nie słabnie. Co więcej,
metody ich pozyskiwania na drodze ekstrakcji z opium nie są aktualnie
wystarczająco wydajne, a w przyszłości mogą nie sprostać wysokiemu
zapotrzebowaniu. Naukowcy nieustannie poszukują skutecznego sposobu
pozyskiwania pożądanych opiatów. Wydawać by się mogło, że grupa
badawcza z Uniwersytetu Stanforda ze swoim nowo opracowanym
systemem drożdży piekarskich w końcu zrewolucjonizuje rynek, ale
ostatnie osiągnięcie w tej dziedzinie z użyciem E.coli nie pozostawia sobie
równych.
Za nowym wynalazkiem stoi grupa japońskich badaczy z Ishikawa Prefectural
University i Kyoto University, która zmodyfikowała kilka kluczowych genów w
bakterii E.coli, aby zwiększyć produkcję prekursorów morfinowych, takich jak
tebaina. „Bakteryjna” technologia jest 300 razy bardziej wydajna niż ta
opracowana na bazie drożdży.
Zmodyfikowane bakterie E.coli potrafią wyprodukować aż 2,1 mg tebainy z
około 20 gramów cukru, co jest bardzo dobrym wynikiem w porównaniu do
drożdży, które w tych samych warunkach produkują tylko 0,0064 mg tebainy.
Japońscy naukowcy podkreślają też ważny aspekt bezpieczeństwa ich technologii.
Budowa chemiczna morfiny jest bardzo złożona, a jej produkcja i pochodnych
związków przeciwbólowych jest kosztowna i czasochłonna. Tradycyjną metodą
otrzymywania morfiny jest jej ekstrakcja z opium (substancja otrzymywana przez
wysuszenie soku mlecznego z niedojrzałych makówek maku lekarskiego).
Jednym z wybitnych osiągnięć bioinżynierii ostatnich miesięcy było wykorzystanie
drożdży Saccharomyces cerevisae do produkcji prekursorów morfiny. Jednakże,
aby wyprodukować potrzebną ilość hydrokodonu (środka uśmierzającego ból o
działaniu zbliżonym do morfiny) dla jednej tabletki Vicodinu potrzeba by było
4 400 galonów (16,65 m3) drożdży. Ponadto inną niedoskonałością było to, że
produkcja może być prowadzona w niekontrolowany sposób, jeśli tylko
zainteresowany uzyska dostęp do odpowiedniego szczepu drożdży. W przypadku
E.coli, nie tylko wydajność produkcji jest 300 razy większa, ale też ryzyko
nadużycia jest znikome, bowiem do produkcji wymagane są aż cztery
szczepy bakterii. Każdy szczep, w odpowiednio zmodyfikowany sposób, jest
odpowiedzialny za produkcję w wysokich ilościach związku, który jest substratem
do kolejnej reakcji z czterostopniowego procesu produkcji tebainy. Ponadto, praca
E.coli wymaga odpowiedniego doświadczenia, wprawy i laboratoryjnego fachu.
Zmodyfikowano kilka kluczowych genów E.coli, aby zwiększyć produkcję
prekursorów morfinowych
Źródło Wikimedia Commons, licencja CC0
Naukowcy mają nadzieję na ulepszenie opracowanej technologii. We
wcześniejszych badaniach zoptymalizowali oni E.coli do produkcji retikuliny –
innego prekursora morfiny. Naukowcy do pałeczki okrężnicy dodali geny z
Arabidopsis thaliana i Coptis japonica i jak przyznają, kluczowymi graczami są tu
wysokiej aktywności enzymy, które wydajnie katalizują produkcję tebainy. Dzięki
jasnym wytycznym i regulacjom rynku farmaceutycznego produkcja
morfinopodobnych środków przeciwbólowych z mikroorganizmów wkrótce może
stać się rzeczywistością.
Adrianna Grzelak
Piśmiennictwo:
Nakagawa A. et al. Total biosynthesis of opiates by stepwise fermentation using
engineered Escherichia coli. Commun., 2016; 7: 1-8.
Data publikacji: 14.03.2016r.