在现代医学Microbial-Based生物合成

多年来,科学家们试图利用微生物来生产化学物质通过过程称为微生物生物合成。合成生物学的最新进展支持这一领域的研究。在最近的一项研究发表在自然,研究人员成功地产生托烷生物碱类药物,有各种各样的应用,包括治疗帕金森病等条件和晕动病——在酵母。为了实现这一目标,科学家们不得不进行30多个并行基因改造。他们的功绩是第一个成功的同类研究这种级别的复杂性。

188金宝搏备用与克里斯蒂娜斯默克教授,博士是该研究的主要作者生物技术公司的首席执行官Antheia,更多地了解微生物生物合成平台及其在药物发现和制造工具。

莫莉·坎贝尔(MC):为我们的读者不熟悉,请您能讨论托烷生物碱在现代医学的效用?

斯默克教授克里斯蒂娜(CS):托烷生物碱、类的植物性抗胆碱能类,有活动神经肌肉抑制剂。托烷生物碱的世界卫生组织基本药物清单和最近出版的食品和药物管理局列表使用基本药物在治疗神经肌肉疾病如帕金森病(PD)、肠道疾病等问题引起的肌肉痉挛。例如,莨菪碱用于缓解晕车和术后恶心、和阿托品用于抑制与帕金森病相关的流口水或帮助维持心脏功能当患者COVID-19病人和放置在通风。

主持人:合成生物学的发展有多重要你的研究领域?

CS:合成生物学的进步对我们的工作非常重要微生物生物合成,尤其是促进细胞系统的复杂性,我们可以工程师。开发的一般方法合成生物学(如基因工程、蛋白质工程和表达式优化)已经有效的解决相对简单的生物合成分子(即。,那些需要一些酶),但是碰到一个复杂性阈值(关闭了大量的潜在化合物/产品)。然而,这些一般方法就不允许我们重建的全部复杂性大自然的化学反应;为了使用一个完全自底向上的方法构建复杂的医药产品,我们不仅需要3或5但有时20或更多的酶和基因一起工作。在植物,这些酶常常进化到一起工作在不同的细胞和组织类型,使植物专业独特的反应和化合物的化学反应。这些自然策略通常是迷失在单细胞生物的移动路径。我们建立了一个全细胞工程方法来真正解决这一问题。

MC:面包酵母工程生产药用生物碱?

CS:托烷生物碱生物合成的完整重建在面包酵母需要26个基因的功能表达和集成来自10个不同的生物体(四个王国)和八个基因删除。结果全细胞系统表达的酶和转运蛋白在每一个酵母细胞细胞器真正re-envision作为有效的工厂组装人类已知最复杂的分子。

主持人:合成生物制药产品的一个大问题是扩大。你能讨论这个问题与使用微生物生物合成平台?

CS:微生物发酵的生物制药在扩大优势,在战略、基础设施和技术发酵酵母在商业规模建立在空间。此外,生物制药产品更高的价值和更低的体积比其他产品类,如生物燃料或化学品,因此发酵过程本身通常是更健壮的商业规模。领域的一个重要变量是下游加工和能够为产品开发商业上可行的恢复进程的大规模发酵肉汤。在这方面,重要的是要解决酵母菌株的发展,发酵过程和恢复过程——并行——从研发阶段,以确保过程的所有方面共同努力,达到预期的商业指标。

主持人:当使用微生物生物合成平台,最终产品的安全性评估如何?

CS:到目前为止,利用微生物发酵过程产生已批准药物活性成分,安全主要是评估通过展示相等的纯化产品通过微生物发酵生产的产品生产通过传统的方法(例如,从植物中提取)。接下来,有QA / QC需求满足USP pharmacopia标准通用api,包括杂质和稳定性要求。

主持人:有没有挑战与主流microbial-based平台用于药物合成吗?

CS:从生产工艺的角度来看,没有许多挑战的新产业。具体地说,许多我们在药物活性成分合成使用微生物发酵数十年来,包括我们的许多抗生素,他汀类药物,甚至重组胰岛素等药物。随着合成生物学上的进步,我们现在可以使用这种生产方法生产更复杂的医药产品,包括止痛剂、镇静剂、神经肌肉阻滞剂和化疗。

主持人:在你看来,如何microbial-based平台的合成药物发展在未来十年?

CS:Microbial-based生物合成平台建立一个灵活的基础和按需更换为我们支离破碎和缓慢的药物供应链。我相信microbial-based生物合成将成为主要的方法合成复杂的自然产品,如活性成分。而不是几个月或几年才能成长,收获,从植物中提取分子,这种方法需要花费好多天。我也相信有有趣的机会,通过微生物发酵利用bioproduction探索更多的分布式与集中式生产策略,这将日益重要,我们看到我们的全球供应链面临越来越大的压力从流行病,地缘政治事件和环境灾难。

斯默克教授克里斯蒂娜博士是莫莉坎贝尔,科普作家、技术网络。188金宝搏备用