Peminat bir buatan sendiri dan penyulingan belakang rumah sudah tahu bagaimana menggunakan yis untuk mengubah gula menjadi alkohol.

Kini, bioengineer telah jauh lebih jauh dengan melengkapkan langkah-langkah penting yang diperlukan untuk mengubah yis beras yang diberi gula ke kilang mikroba untuk menghasilkan morfin dan ubat-ubatan lain yang mungkin termasuk antibiotik dan terapeutik anti-kanser.

Selama dekad yang lalu, segelintir makmal biologi sintetik telah berusaha untuk meniru mikroba kompleks kimia 15 langkah di kilang poppy untuk membolehkan pengeluaran ubat terapi.

Pasukan penyelidikan secara berasingan mencipta bahagian-bahagian lain dari dadah poppy menggunakan E. coli atau ragi, tetapi apa yang telah hilang sehingga kini merupakan langkah akhir yang membolehkan satu organisme tunggal melaksanakan tugas dari awal hingga akhir.

Cabaran yang boleh dilakukan

Satu kajian baru yang diterbitkan dalam talian dalam jurnal Biologi Kimia Alam menunjukkan bagaimana penyelidik mengatasi halangan tersebut dengan mereplikasi langkah-langkah awal dalam laluan dalam terikan yayasan yang direka bentuk. Mereka mampu mensintesis reticuline, sebatian di poppy, dari tirosin, terbitan glukosa.

"Apa yang anda mahu lakukan dari perspektif penapaian adalah untuk memberi makan glukosa yis, yang merupakan sumber gula yang murah, dan mempunyai yis melakukan semua langkah kimia yang diperlukan di hilir untuk menjadikan dadah terapeutik sasaran anda," kata John Dueber , penyiasat utama kajian itu dan pembantu profesor bioengineering di University of California, Berkeley.

"Dengan kajian kami, semua langkah telah diterangkan, dan sekarang ia menjadi masalah menghubungkannya bersama-sama dan meningkatkan prosesnya. Ini bukan cabaran remeh, tetapi boleh dilakukan. "

Jalur Popili

Kualiti yang menjadikan jalur tumbuhan poppy begitu mencabar adalah yang sama yang menjadikannya sasaran yang menarik untuk penyelidikan.

Ia adalah kompleks, tetapi ia adalah asas di mana penyelidik boleh membina terapi baru. Alkaloid Benzylisoquinoline, atau BIA, adalah kelas senyawa yang sangat bioaktif yang terdapat pada popi, dan keluarga itu termasuk beberapa molekul 2,500 yang diasingkan dari tumbuhan.

Mungkin jejak yang paling terkenal di laluan BIA adalah yang membawa kepada opiat, seperti codeine, morfin, dan thebaine, pendahulu kepada oksikodon dan hidrokodon. Semua bahan terkawal. Tetapi laluan yang berlainan akan membawa kepada papaverine antispasmodik atau kepada antibiotik precursor dihydrosanguinarine.

"Tumbuhan mempunyai lambat pertumbuhan yang perlahan, jadi sukar untuk meneroka sepenuhnya semua kemungkinan bahan kimia yang boleh dibuat dari laluan BIA dengan kejuruteraan genetik popi," kata pengarang utama William DeLoache, seorang pelajar PhD dalam bioengineering. "Memindahkan laluan BIA ke mikrob secara dramatik mengurangkan kos penemuan dadah. Kita boleh dengan mudah memanipulasi dan menyesuaikan DNA yis dan cepat menguji hasilnya. "

Dengan menenun semula enzim dari bit yang secara semulajadi digunakan dalam pengeluaran pigmen mereka yang bertenaga, para penyelidik dapat menanam yis untuk menukar tirosin, asid amino yang mudah diperolehi daripada glukosa, menjadi dopamin.

Bendera Merah Untuk Pengawal

Dengan bantuan dari makmal Vincent Martin, profesor genomik mikroba dan kejuruteraan di Concordia University, para penyelidik dapat menyusun semula tujuh laluan enzim penuh dari tyrosine kepada reticuline dalam yis.

"Mendapatkan reticuline adalah kritikal kerana dari sana, langkah-langkah molekul yang menghasilkan kodin dan morfin dari retikuline telah dijelaskan dalam ragi," kata Martin. "Juga, reticuline adalah hab molekul dalam laluan BIA. Dari sana, kita boleh meneroka pelbagai laluan yang berbeza kepada ubat-ubatan lain yang mungkin, bukan hanya opiat. "

Penemuan ini secara dramatik mempercepatkan masa apabila ubat-ubatan homebrewing menjadi kenyataan, kata para penyelidik, memberi amaran bahawa para pengawalselia dan pegawai penguatkuasa undang-undang perlu memberi perhatian.

"Kami mungkin melihat garis masa beberapa tahun, bukan satu dekad atau lebih, apabila yis beras yang diberi gula boleh menghasilkan bahan yang terkawal," kata Dueber. "Masa sekarang untuk berfikir tentang dasar untuk menangani bidang penyelidikan ini. Bidang ini bergerak dengan cepat, dan kita perlu keluar di depan supaya kita dapat mengurangkan potensi penyalahgunaan. "

Dalam ulasan yang disiarkan dalam Alam dan masanya dengan penerbitan kajian baru, penganalisis dasar memanggil peraturan segera teknologi baru ini. Mereka menonjolkan banyak faedah kerja ini, tetapi mereka juga menyatakan bahawa "individu yang mempunyai akses kepada ketegangan yis dan kemahiran asas dalam penapaian akan dapat mengembangkan ragi dengan menggunakan kit homebrew."

Mereka mengesyorkan menyekat strain yis yang direka bentuk untuk kemudahan berlesen dan penyelidik yang diberi kuasa, dengan menyatakan bahawa sukar untuk mengesan dan mengawal pengangkutan haram strain seperti itu.

Walaupun kawalan semacam itu dapat membantu, Dueber berkata, "Satu kebimbangan tambahan ialah apabila pengetahuan mengenai cara membuat strain penghasil opiate di luar sana, sesiapa yang terlatih dalam biologi molekul asas secara teorinya dapat membinanya."

Sasaran lain untuk pengawalseliaan adalah syarikat yang mensintesis dan menjual urutan DNA. "Sekatan sudah ada untuk urutan yang terikat dengan organisma patogen, seperti cacar," kata DeLoache. "Tetapi mungkin sudah tiba masanya kita melihat urutan untuk menghasilkan bahan terkawal."

sumber: Universiti California, Berkeley