Eine jahrzehntelangen Bemühungen in der Gentechnik in der Nähe Umprogrammierung Hefezellen palliative Medizin in Edelstahltanks machen

Seit Jahrhunderten Mohn Pflanzen angebaut wurden , um Opium, die Verbindung, aus der Morphin und andere wichtige Medikamente wie Oxycodon abgeleitet werden.

Jetzt bioengineers an der Stanford haben die DNA von Hefe gehackt reprograming diese einfachen Zellen zu Opioid -basierte Arzneimittel, die eine anspruchsvolle Erweiterung des Grundbrauprozess, die Bier macht zu machen.


Bio - Produktion von Opioid- Schmerzmittel
Bildnachweis: Poppy Bild erstellt von Rachel Sakai

Von Associate Professor für Bioengineering Christina Smolke geführt hat, die Stanford-Team bereits ein Jahrzehnt verbrachte gentechnische Veränderung von Hefezellen , die Biochemie der Mohnblumen mit dem Ziel der Herstellung von Opium -basierte Medikamente, von Anfang bis Ende , in Gärbottiche zu reproduzieren.

"Wir sind jetzt sehr nah an der Nachbildung des gesamten Opioid- Produktionsprozess in einer Weise, dass die Notwendigkeit, Mohnblumen wachsen beseitigt , so dass wir sicher produzieren lebenswichtigen Medikamenten und mindert das Potenzial für die Umleitung auf die illegale Nutzung ", sagte Smolke , die ihre Arbeit in umreißt der Fachzeitschrift Nature Chemical Biology .

In dem neuen Bericht Smolke und ihre Mitarbeiter , Kate Thodey , ein Post-Doc -Stipendiat in der Biotechnologie und Stephanie Galanie , Doktorand in der Chemie, detailliert, wie sie aufgenommen fünf Gene aus zwei verschiedenen Organismen Hefezellen. Drei dieser Gene kam von der Mohn selbst und den anderen aus einem Bakterium , das auf Mohnpflanze Stängel lebt .

Diese Multi-Spezies -Gen Mashup erforderlich war, um Hefe in zellulären Fabriken, zwei , inzwischen getrennten Prozessen replizieren drehen : wie die Natur produziert Opium Mohn, und dann, wie Pharmakologen verwenden chemische Prozesse weiter zu verfeinern Opiumderivatenin moderne Opioiden wie Hydrocodon .

Von Pflanzen zu Pillen Heute

Pflanzen gewonnene Opium verwendet wurde und seit Jahrhunderten missbraucht , aber ein guter Ort, um die moderne Geschichte zu beginnen ist mit dem Einsatz von Morphin im Zweiten Weltkrieg .

Morphin ist eine der drei Hauptschmerzmittelvon Opium abgeleitet . Als eine Klasse sind sie Opiate genannt . Die beiden anderen wichtigen Opiate Codein, das als Hustenmittel und Thebain , die durch chemische Prozesse weiterentwickelt wird , um höherwertige Therapeutika wie Oxycodon und Hydrocodon , besser bekannt unter Markennamen wie OxyContin und Vicodin bekannt angelegt wurde, jeweils .

Einschließlich Australien, Frankreich, Ungarn, Indien, Spanien und der Türkei - - Heute RechtsmohnLandbau ist auf wenige Länder beschränkt von der Internationalen Suchtstoffkontrollrats , der Opiate wie Morphin zu verhindern, beispielsweise aus , die in illegalen Heroin verfeinert sucht überwacht.

Der größte Markt für legale Opiate und Opioid ihre Derivate , sind die Vereinigten Staaten , wo pharmazeutische Fabriken verwenden chemische Prozesse , um die raffinierten Produkte, die als schmerzstillende Tabletten verwendet werden, zu schaffen. Allerdings Mohn nicht in signifikanten Mengen in den USA aufgewachsen, die Erstellung von verschiedenen internationalen Abhängigkeiten und Schwachstellen in der Versorgung mit diesen wichtigen Medikamenten.

Drehen Hefe in eine Pharmafabrik

Der Schub Smolke Arbeit seit einem Jahrzehnt war es, die gesamte Produktionskette zu packen, aus dem Bereich der Mohn, durch alle nachfolgenden Schritte der chemischen Raffination , in Hefezellen mit den Mitteln der Biotechnologie.

Was Smolke Team hat nun zu tun ist , sorgfältig zu programmieren das Hefegenom - die Master- Befehlssatz , die jeden Organismus , wie man leben erzählt - wie ein Mohn verhalten, wenn es darum geht, Opiate kommt .

Der Prozess beteiligten mehr als nur das Hinzufügen neuer Gene in Hefe. Opioid -Moleküle sind komplexe dreidimensionale Objekte. In der Natur ist es in bestimmten Regionen im Inneren der Mohn vorgenommen werden. Da Hefezellen nicht diese komplexen Strukturen und Gewebe haben , hatte die Stanford-Team , um das Äquivalent von Mohn -like " chemische Nachbarschaften " in ihren biotechnologisch Hefezellen neu zu erstellen.

Es dauert etwa 17 getrennte chemische Schritte , die in Form von Pillen verwendet Opioid- Verbindungen zu machen. Einige dieser Schritte kommen in der Natur in den Mohnblumen und die restlichen über synthetische chemische Prozesse in den Fabriken . Smolke Team wollte alle Schritte , um innerhalb von Hefezellen in einem einzigen Bottich passieren , einschließlich der Verwendung von Hefe zur Durchführung von chemischen Prozesse, die Mohnblumen nie entwickelt, um durchzuführen - wie Raffination Opiate wie Thebain in wertvollere semi- synthetischen Opioiden wie Oxycodon .

So Smolke programmiert ihr biotechnologisch Hefe , diese letzten Industrie Schritte so gut . Hierzu sie begabt die Hefe mit Genen aus einem Bakterium , die auf toten Mohnstielen Feeds. Da sie auf mehrere verschiedene Opioiden führen wollte , gehackt das Team das Hefegenom auf leicht unterschiedliche Weise an jeden der etwas anderen Opioid- Formulierungen herzustellen , wie zum Beispiel Oxycodon oder Hydrocodon .

Das fehlende Glied

All dies wurde in der neuen Papier demonstriert. Aber Smolke Team muss noch klar eine weitere Hürde , um das Ziel, Gießen Zucker in eine Wanne aus rostfreiem Stahl von biotechnologisch Hefe und Abschöpfen von bestimmten Opioiden am Ende des Prozesses zu erreichen . Sie durchführen müssen, eine andere Gruppe von Biotechnik -Hacks , die beiden großen Fortschritte sie im letzten Jahrzehnt gemacht haben zu verbinden.

Denken Sie daran , dass es etwa 17 chemische Schritte , um von Mohn zur Pille zu gehen. Als sie begann die Arbeit im Jahr 2004 , Smolke begann früh in den Prozess und ging etwa in der Mitte dieser chemischen Schritte . In einem 2008 Papier berichtete sie Erfolg in dieser ersten Phase des Projektes , als ihr biotechnologisch Hefe eine Vorstufe zu Thebain - einen der drei Haupt Opiate .

In ihrer neuen Papier, Smolke begann mit Thebain aus Mohn erhalten , setzen Sie diese in ihre biotechnologisch Hefe und wurde am Ende des Prozesses verfeinert Opioiden.

Jetzt muss ihr Team 2008 den Prozess von Zucker zu Thebain zu erweitern. Sobald sie dieses fehlende Glied in der Kette von biochemischen Synthese schmiedet , wird sie ein biotechnologisch Hefe , die alle 17 Schritte von Zucker auf bestimmte Opioide in einem Bottich durchführen produziert haben.

"Wir arbeiten bereits an diesem ", sagte sie .

Smolke sagte, dass es noch einige Jahre dauern, bis die letzten Schritte im Labor zu perfektionieren und Scale-up des Prozesses bis große Chargen biotechnologisch Opioide , die pharmakologisch identisch mit der heutigen Medikamente, die in einem Feld beginnen und werden in Fabriken verfeinert zu produzieren.

"Das wird es uns ermöglichen, eine zuverlässige Versorgung mit diesen wichtigen Medikamenten in einer Weise , die nicht in Jahren bis guten oder schlechten Ernteerträgen abhängt schaffen", sagte Smolke . "Wir werden nachhaltige , kostengünstige und sichere Produktionsmethoden für diese wichtigen Medikamente haben . "