“通过加入另外两个基因,我们的大肠杆菌能够生产氢可酮,这当然会提高这项技术的实用性。随着这项技术更多的改进,和药品法规的清除,用微生物制造吗啡类止痛药,可能很快就会成为现实。”美国斯坦福大学的一个研究小组,很早就利用转基因酵母,来生产抗疟疾药物青蒿素,传统的青蒿素来自于蒿草,提炼方式类似于从罂粟提炼阿片类药物。在过去的十年中,基于酵母的青蒿素生产已成为可能,世界上大约有三分之一的供应已经转入生物反应器。在8月份,来自斯坦福大学的这个研究小组,对酵母的DNA进行改造,重编程这些简单细胞,通过将基本的啤酒酿造过程进行复杂地扩展,来制造阿片样药物。该研究小组花了十年的时间,对酵母细胞进行基因改良,使其复制罂粟的生化过程,最终目标是,自始至终在发酵槽中生产鸦片类药物。相关研究结果发表在《Nature Chemical Biology》杂志。一年后,这个研究小组又在权威期刊《Science》发表一项研究,重新设定了面包酵母的遗传机制,这样,这些快速生长的细胞可在三到五天的时间内,把糖转换成氢可酮。但是,这也引发了一些科学家的担忧,因为酵母细菌很容易获得,因此很容易出现“不受管制的使用酵母菌生产止痛药物分子”的风险。近期,科学家们又转向另外一种常见的肠道微生物,来制造缓解疼痛的鸦片类止痛药。日本的生物工程师,对大肠杆菌的基因进行了改造,使它们能够生产蒂巴因——一种吗啡的前体,可以被修改用来制造止痛药。与上述研究小组开发的酵母方法相比,转基因大肠杆菌可产生300倍以上的蒂巴因,并且,不受管制使用的风险达到了最小。相关研究结果发表在《Nature Communications》杂志。本文共同作者、日本京都大学的Fumihiko Sato指出:“吗啡具有复杂的分子结构;因此,吗啡和相似止痛药的生产,都是昂贵和费时的,但是用我们的大肠杆菌,我们能够在短短几天内,用大约20克的糖生产出2.1毫克的蒂巴因,而用酵母的产量则只有0.0064毫克。”这些吗啡,是在一个生产鸦片类药物(如蒂巴因和可待因)的过程中,从罂粟树液中提取出来的。也有其他合成生物学家设计了酵母基因组,使其用糖来生产鸦片生物碱类。然而,引发了伦理的担忧——包括一种风险,即如果一个人能获取必要的酵母菌株,就很容易、甚或不受管制地生产止痛分子。Sato说,使用大肠杆菌,这样的生产风险则是微不足道的。Sato解释说:“对于把糖转变成蒂巴因来说,有四个转基因大肠杆菌菌株是必要的。大肠杆菌更难以管理,并需要具备处理的专业知识。这对不受管制的生产来说应该是一种威慑力。”,Sato和同事设计了大肠杆菌来合成reticuline——在转换过程中早于蒂巴因出现的另一种吗啡前体。在新的系统中,研究小组加入了来自其他细菌的基因,和来自罂粟、黄莲、和拟南芥的酶基因。该研究小组相信,这些酶在新系统中的强大活性,可成功制造出蒂巴因,并希望实现进一步的改进。Sato说:“通过加入另外两个基因,我们的大肠杆菌能够生产氢可酮,这当然会提高这项技术的实用性。随着这项技术更多的改进,和药品法规的清除,用微生物制造吗啡类止痛药,可能很快就会成为现实。”
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