Wiele powszechnie stosowanych leków nadal pochodzi z roślin. Skopolamina, stosowana w chorobie lokomocyjnej i leczeniu nudności pooperacyjnych, jest wytwarzana z roślin z rodziny psiankowatych. Digoksyna, lek na serce, pochodzi z naparstnicy. Kodeina i inne opioidowe środki przeciwbólowe pochodzą z maków opium.
Ale rośliny używane do wytwarzania leków są czasami zagrożone lub drogie. Zły sezon wegetacyjny lub niestabilność geopolityczna w regionie, w którym uprawiana jest roślina, może spowodować spadek podaży leków.
Teraz naukowiec ze Stanford wymyślił, jak odizolować molekularną „fabrykę” w zagrożonej roślinie i zmontować ją w innej, szerzej dostępnej roślinie.
„To było wyzwanie, ponieważ rośliny są dość skomplikowane” - mówi Elizabeth Sattely, profesor inżynierii chemicznej. „Trudno jest z nimi pracować. Ich genomy są bardzo skomplikowane. ”
Sattely i jej zespół pracowali z rośliną himalajską o nazwie mayapple, która wytwarza prekursory powszechnie stosowanego leku do chemioterapii zwanego etopozydem. Etopozyd stosuje się w leczeniu różnych nowotworów, w tym chłoniaka, raka płuc, raka jąder oraz niektórych rodzajów białaczki i raka mózgu. Znajduje się na liście podstawowych leków Światowej Organizacji Zdrowia - leków uważanych za kluczowe dla funkcjonowania systemu medycznego. Ale mayapple rośnie powoli, a podaż spada od lat z powodu wysokiego popytu.
Sattely zdał sobie sprawę, że chemiczna linia montażowa mayapple uruchamia się w odpowiedzi na uszkodzenie liści. Po wystąpieniu tego uszkodzenia roślina zaczyna wytwarzać wiele białek. Niektóre z tych białek ostatecznie wytwarzają prekursor etopozydu. Ale głównym pytaniem było, które białka? Było ich ponad 30, ale nie wszyscy z nich byli zaangażowani w produkcję prekursora.
„Najważniejsze było tutaj zawężenie naszej listy kandydatów”, mówi Sattely.
Ona i jej zespół wypróbowali różne kombinacje białek, dopóki nie zorientowali się, które 10 stanowi linię montażową. Następnie umieścili geny, które wytworzyły te 10 białek, w innej roślinie. Wybrano roślinę Nicotiana benthamiana, dziką krewną tytoniu, wybraną, ponieważ jest ona powszechnie dostępna i łatwa w uprawie w laboratorium. Zakład Nicotiana zaczął wytwarzać prekursor etopozydu, podobnie jak majonez. Sattely i jej absolwent Warren Lau opublikowali swoje odkrycie w czasopiśmie Science .
„To bardzo fajny dowód koncepcji” - mówi Sattely.
Z pewnością ma nadzieję, że ostatecznie mikroby, takie jak drożdże, wytwarzają te same cząsteczki, całkowicie pomijając rośliny. Jeśli odniesie sukces, dołączy do wielu naukowców, którzy wymyślili, jak zamienić mikroorganizmy w fabryki produkujące leki. W tym tygodniu niemieccy naukowcy ogłosili, że wyprodukowali genetycznie zmodyfikowane drożdże produkujące THC, związek w marihuanie, który wytwarza „wysokie” i może pomóc w leczeniu skutków ubocznych chemioterapii i innych chorób. W zeszłym miesiącu naukowcy ze Stanford opublikowali wyniki pokazujące, jak sprawili, że drożdże wytwarzają hydrokodon, opioidowy środek przeciwbólowy podobny do morfiny. Przełom może potencjalnie uczynić takie leki tańszymi i bardziej dostępnymi. W 2013 r. Inżynierowie chemiczni w Berkeley namówili genetycznie zmodyfikowane drożdże do produkcji leków przeciw malarii.
Wytwarzanie leków z drożdżami jest jeszcze prostsze i tańsze niż stosowanie zwykłych roślin laboratoryjnych. Materiały eksploatacyjne są niewiarygodnie tanie i łatwe w produkcji, zajmują niewiele miejsca lub wymagają szczególnej opieki i można nimi bez końca manipulować.
„Obietnicą w dziedzinie biologii syntetycznej jest to, że możesz zmusić komórki do zrobienia lub zrobienia czegokolwiek, co chcesz” - mówi Sattely.
Ale nadal wiele można się nauczyć od roślin i wytwarzanych przez nie chemikaliów. W miarę jak szlaki produkcji molekularnej roślin stają się lepiej poznane, naukowcy mogą nauczyć się nimi manipulować, potencjalnie wytwarzając lepsze leki o mniejszej liczbie skutków ubocznych.
„Rośliny są jednymi z najlepszych fabryk molekularnych w przyrodzie” - mówi Sattely. „Musimy dużo dowiedzieć się o tych cząsteczkach, które są tak ważne dla zdrowia ludzi, a także dla zdrowia roślin”.
