抗癌药物产生的重组酵母
在2019年夏季和秋季,一些癌症患者在治疗过程中有经验的干扰。原因是缺少药物长春花碱和长春新碱,基本化疗药物对几种类型的癌症。
没有选择这些药物分离长春花的叶子植物,Catharanthus roseus也叫。两种活性成分的植物- - - - - -vindoline catharanthine——一起构成长春花碱,抑制癌细胞的分裂。
虽然植物是很常见的,2000公斤以上的干叶子需要产生1 g的长春花碱。2019年短缺,一直持续到2021年主要是由于延迟这些成分的供应。
领导的一个交叉学科的国际科学家小组系统研究转基因酵母生产vindoline和catharanthine。他们还设法净化和夫妻两个前体形成长春花碱。因此,一个新的合成方法使这些药物被发现。他们的研究结果发表在今天的《大自然。
研究可能会导致新的vindoline来源,catharanthine和其他生物碱,是完全独立的因素影响种植业,如植物疾病和自然灾害。自基本成分使这些化合物是面包酵母和简单等可再生基质糖和氨基酸,生产也更不容易遭受流行病和全球物流的挑战,根据系统Biosustain高级研究员杰,新论文的作者:
“在过去的几年中,我们已经看到几个发生率在市场上这些药物的短缺。他们经常发生,将来很可能会重新出现。当然,我们设想建立新的供应链和其他分子。这个结果是一个概念证明,仍有很长的路要走在升级和进一步优化细胞工厂生产原料以具有成本效益的方式。”
可能的新的抗癌药物供应链
除了研究首次展示一个全新的供应链对于这些基本药物对癌症,研究展示了最长的生物合成途径——或“流水线”——插入到微生物细胞工厂。根据杰张,后者本身是一种很有前途的结果。
长春花碱属于所谓的单萜吲哚生物碱,简而言之,米娅。米娅是非常
”来证明所有米娅的微生物制造的可行性,我们选择一个最复杂的化学物质,植物化学。我们不知道完整的路径需要长春花碱当我们开始在2015年。我们还没有意识到社会面临的短缺。最长的路径,我们知道,我们知道它可能编码30岁酶反应。面临的最大挑战是如何计划一个酵母细胞仍然30 +的步骤,确保重新编程细胞将函数根据需要而能够维持本身。这是我们研究的主要挑战和最大的部分。这不是简单的,”张杰说。
高级研究员迈克尔•克罗Jensen里程计和一个相应的作者的研究,补充道:
“我们必须把正确的“人员”沿着细胞的生产线。我们还需要补充其他生产线已经在酵母细胞使其工作顺利。我们需要所谓的辅助因子。您还需要确保,与此同时,其他基本函数的起始物料到位的细胞。”
56基因编辑程序执行的团队31-step面包酵母生物合成途径。尽管工作很困难,需要更多的工作,作者认为酵母细胞将是一个可伸缩的平台生产3000多个天然米娅和在未来数百万new-to-nature类似物。
“在这个项目中,我们正在寻找新的方法来制造复杂的化学对人类健康至关重要,尽管技术在农业和材料科学也可能是有用的。生物技术提供了一些令人兴奋的,因为很难规模、化学合成和自然资源是有限的。我们认为第三种方法需要:发酵或全细胞制造。已知的生产线从自然插入微生物细胞,使细胞产生一些复杂的化学物质,”迈克尔·克罗Jensen说。
根据作者,许多新的重要的米娅,现在可能产生基于新平台chemotherapeutical药物长春新碱,伊立替康和topotecan。所有这些也在世界卫生组织的基本药物清单与长春花碱。
酵母细胞中药物生产。
在合成生物学研究进一步突显了最近的进展,工程酵母用于药品生产的地方。其他分子细胞工厂现在可以生产包括潜在的抗癌药物,疼痛,疟疾和帕金森病。
生产药物,否则来自使用廉价和可再生植物中工业规模发酵基质可能缓解未来短缺和创建一个更可持续的经济独立的养殖或罕见的生物。
通讯作者杰伊·d·科斯林,化学和生物分子工程学教授的加州大学伯克利分校和导航系统Biosustain科学主任,长期以来一直是合成生物学先驱在前面在利用它生产必不可少的分子。例子:2003年,他成功地改造大肠杆菌生产青蒿素的前体,一种抗疟疾药物。之后,他将工程师整个通路进入酵母细胞,就像酵母细胞现在可以被用来产生vindoline和catharanthine。
“我们在酵母的代谢途径是有史以来最长的生物合成途径已经被重组微生物。这项工作表明很长和复杂的代谢途径可以从几乎任何生物和重组酵母提供急需的疗法,太复杂,使用合成化学合成。因为这个工程酵母酵母本身是可伸缩的,有一天供应vinblastin 3000以及其他相关分子在这个家族的天然产品。这不仅可以增加供应和降低这些产品的成本对于消费者来说,但生产也环保,因为它消除了需要从敏感有时收获稀有植物生态系统获得的分子。”
参考:张J,汉森LG、Gudich O, et al .微生物生产供应链的抗癌药物长春花碱。自然。2022年。doi:10.1038 / s41586 - 022 - 05157 - 3
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