БИОТЕХНОЛОГИЯ ПОЗВОЛИТ ПОЛУЧАТЬ БОЛЕУТОЛЯЮЩИЕ ИЗ САХАРА

БИОТЕХНОЛОГИЯ ПОЗВОЛИТ ПОЛУЧАТЬ БОЛЕУТОЛЯЮЩИЕ ИЗ САХАРА

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