Инженеры генетически перепрограммируют дрожжевые клетки, чтобы превратить их в микроскопические фабрики по производству лекарств
Со времен античности почти на всех континентах обнаружили, что листья определенных растений, когда их жуют, заваривают или растирают по телу, могут облегчить различные недуги, вызвать галлюцинации или, в более высоких дозах, даже вызвать смерть. Сегодня фармацевтические компании импортируют эти когда-то редкие растения со специализированных ферм и извлекают их активные химические соединения для производства таких препаратов, как скополамин для облегчения укачивания и послеоперационной тошноты, и атропина, чтобы обуздать слюнотечение, связанное с болезнью Паркинсона, или помочь поддержать сердечную функцию при интубации.
Теперь инженеры из Стэнфорда воссоздают эти древние лекарства совершенно современным способом, генетически перепрограммируя клеточный аппарат особого штамма дрожжей, эффективно превращая их в микроскопические фабрики, которые превращают сахара и аминокислоты в эти фольклорные лекарства почти так же, как пивные дрожжи могут естественным образом превращать сахар в спирт.
«Нехватка лекарств, которую мы наблюдаем в связи с кризисом COVID-19, заставляет задуматься о том, почему нам нужны новые и более надежные способы получения этих лекарств на растительной основе, для выращивания которых требуются месяцы или годы, и они поступают из нескольких стран, где изменение климата, стихийные бедствия и геополитические проблемы могут нарушить снабжение», — сказала Кристина Смолке, профессор биоинженерии и старший автор статьи, опубликованной в журнале Nature.
Прашант Сринивасан, аспирант лаборатории Смолке и первый автор статьи, провел перепрограммирование дрожжей на заводе. С инженерной точки зрения он рассматривал каждую дрожжевую органеллу, или базовую метаболическую единицу, как рабочие станции на конвейере. Он представлял ядро как центр управления фабрикой, регулирующий пошаговый химический процесс, необходимый для сборки лекарственных соединений. Особого внимания требовали митохондрии — органеллы, производящие энергию. Клетки используют электроны, чтобы зацеплять или расцеплять молекулы на конвейере, и Шринивасану требовалось много их, чтобы производить нужные ему продукты — семейство сложных химических соединений, называемых тропановыми алкалоидами. Люди использовали эти соединения на протяжении тысячелетий для всего, от снятия зубной боли и боли в животе до проведения религиозных ритуалов и отравления соперников.
Долгая история использования
Широкое применение тропановых алкалоидов в медицине — результат совместной эволюции. Два семейства растений — кока, продуценты кокаина и пасленовые, в том числе белена и табак, а также помидоры и перец, — эволюционировали для защиты от насекомых и животных, так уж получилось, что они идеально подходят для критических рецепторов клеток нервной системы млекопитающих. Эти рецепторы ацетилхолина или ACh помогают преобразовывать нервные импульсы в действия мышц, желез и других тканей человека. Когда тропановый алкалоид попадает в кровоток, он связывается с этими рецепторами ACh и либо стимулирует, либо ингибирует прилегающие мышцы, железы или ткани, что приводит к разнообразным и широко распространенным эффектам.
Традиционные общества не понимали биохимию этих соединений, но заметили их лечебные свойства. Коренные жители Анд жевали или варили чай из листьев коки для подавления голода, лечения желудочно-кишечных заболеваний и для отдыха. От Европы до Северной Африки и Западной Азии разные народы предпочитали тропановые алкалоиды, полученные из смертоносного паслена, или Atropa belladonna, названную так из-за ее использования женщинами в качестве косметического средства для расширения зрачков; современные офтальмологи до сих пор используют его для получения такого же эффекта при обследовании глаз. В Юго-Восточной Азии тропановые алкалоиды из растений дурмана принимали перорально от инфекций носовых пазух, и аборигены Австралии основывали ритуалы на галлюциногенных эффектах кустарника Duboisia, который сегодня является основным источником тропанового алкалоида для производства лекарств.
Метаболическая инженерия
Смолке и ее команда потратили три года на внесение в общей сложности 34 генетических модификаций в ДНК дрожжей, чтобы контролировать каждый этап невидимого процесса химической сборки тропановых алкалоидов. Их подход, называемый метаболической инженерией, представляет собой более точную форму биотехнологии, в которой генетическое перепрограммирование использует или модифицирует естественные клеточные процессы для производства продуктов для удовлетворения потребностей человека. Например, когда пивные дрожжи производят алкоголь, клетки естественным образом выделяют химическое вещество, чтобы мы могли его собрать и выпить. Команда из Стэнфорда тщательно спроектировала органеллы и мембраны созданных ими дрожжей, чтобы их сложные молекулы тропановых алкалоидов выходили неповрежденными с конвейера химической сборки, чтобы они были полезны для лекарств.
Источник: scitechdaily.com
Метки: COVID-19
- Клюква повышает спортивные результаты
- Скрытая опасность усталости после сна
- Томатный сок эффективно убивает сальмонеллу и другие вредные бактерии
- Прорыв в лечении пищевой аллергии
- Роль сельской жизни в укреплении детского иммунитета
- Как осознанность усиливает упражнения
- Генетический код семян Чиа
- Новый метод лечения легочной гипертензии
- Как Глазго-Каролинские часы точно измеряют биологическое старение
- Лечение серповидно-клеточной анемии
