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第一次,科学家们重组细菌大肠杆菌生产硫酸软骨素,软骨的一个组成部分,往往是作为膳食补充剂来治疗骨关节炎。目前,补充来自牛气管。这项研究结果发表在自然通讯。1
对动物任意药物供应
许多药物是通过结合特定的化学成分生产在特定的点,在一个特定的顺序。这就是所谓的化学合成,因此产生的药物称为化学合成制药。相比之下,生物制药,也称为生物制剂,使用生物制造的产品,或者包含一个活的有机体的一个组成部分。生物制药的使用可以追溯到19世纪。
你可能是管理一个生物制药在你的一生中。举例来说,如果你有接受免疫疗法治疗,被规定某些关节炎药物如利妥昔单抗,或者如果你收到疫苗——这些都是生物制药的例子。
据估计,多达50%的药物开发管道将生物制药 5 - 10年内 。考虑到许多类型的生物制药涉及动物在某些点他们的制造过程,生物制药的扩张与可持续性的挑战。“动物农业不可持续是由于有限的可用性的组织主要来自食物来源的动物,扩大问题,不良环境影响和质量控制问题,也不能满足日益增长的需求从长远来看,“解释道Mattheos Koffas化学和生物工程教授伦斯勒理工学院。Koffas也强调使用动物在生物制药生产与安全与污染有关的风险。
这些挑战推动科学家探索替代动物任意的方法生产生物制药。Koffas首席研究员在一项新的研究中,科学家们转基因大肠杆菌生产膳食补充剂硫酸软骨素。
共同努力
的壮举是花了许多年时间,和许多科学家,来实现。 乔纳森•多迪克 霍华德·p·Isermann化学和生物工程教授 罗伯特·林哈特 ,Broadbent安和约翰·h·Jr。”59岁的高级星座生物催化和代谢工程教授,也是该研究小组的成员。
“当我们开始这个项目时,没有人相信它可能简单的细菌等大肠杆菌产生这样的复杂的多糖。事实上,我们花了几轮申请国家科学基金会终于收到赞助工作。此外,花了五个博士生工作了很长时间在这个项目上和其他几个学生和博士后工作在这部分时间和一段十年终于完成这项任务,“Koffas说。
通常,基因工程微生物包括优化一个或一个相对有限的步骤。在这种情况下,研究人员必须实现三个独立的工程目标:生产一个unsulfated chrondroitin前体多糖、生产PAPS -硫分子提供了一部分为了成为硫酸化多糖和sulfotransferase的表达式进行多糖的硫酸盐化作用的酶。
要做到这一点,科学家们使用CRISPRi等现代生物技术手段,与传统基因工程和蛋白质工程技术。
“多糖前体的生产是通过overexpressing基因和删除一个基因,导致一个完全不同的产品的生产。相似类型的遗传操作(基因超表达和基因删除)而且基因downregulations -通过使用CRISPRi参与优化PAPS的生物合成,“Koffas解释道。他补充说,“最后,广泛的蛋白质工程所需的功能表达哺乳动物sulfotransferases大肠杆菌。这些酶功能表达在细菌中,因为他们不需要经历转录后修饰细菌无法完成的。这就是为什么他们的工程是必要的。所有三块然后需要一起实现生产硫酸软骨素。”
包括质谱分析和色谱分析方法描述了最终产品的化学成分,包括硫酸盐化作用的程度、硫酸盐化作用的位置在多糖链和分子量。
动物任意生物工程是可能的
研究是成功的,而通过这个方法可以说是小产量生产-微克每升原理的证明,很重要,Koffas说:“我同意滴度很小,但它是一个概念证明,动物任意生物工程软骨素是可能的,这是可以做到的。它需要进一步提高酶的表达,现在似乎是一个限制因素和潜在的浓度的进一步改进硫供体(PAPS)。”
方法可能看起来是伦理和可持续的,但它是成本有效?Koffas这么认为。“用一个简单的,信封的计算,如果我们能够提高生产效价100倍我们应该能够有一个生物合成的软骨素生产方法,将对当前竞争,动物提取方法。大肠杆菌发酵和扩大并不新鲜,已经取得了很大的进步在降低成本和加速扩大实验室数千升的发酵菌株。”
至于下一步,球队想要提高生产硫酸软骨素除了使其他动物天然产品,如硫酸角质素、肝素和其他类型的自然软骨素。
” 本文提供了概念证明,这些分子都触手可及生产使用生物工程方法和我们强烈相信他们生产利用代谢工程和合成生物学在经济竞争的方法是可行的,”Koffas总结道。
Mattheos Koffas莫莉坎贝尔说,科普作家、技术网络。188金宝搏备用
参考: 巴蒂尼,威廉姆斯,Awofiranye, et al。完整的生物合成硫酸软骨素的大肠杆菌。Nat审稿。2021;12 (1):1389。 doi: 10.1038 / s41467 - 021 - 21692 - 5。
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