Многие обычно используемые лекарства все еще получены из растений. Скополамин, используемый для укачивания и для лечения послеоперационной тошноты, производится из растений семейства пасленовых. Дигоксин, сердечный препарат, происходит из растения наперстянки. Кодеин и другие опиоидные обезболивающие получают из опийного мака.
Но растения, используемые для изготовления лекарств, иногда подвергаются опасности или являются дорогостоящими. Плохой вегетационный период или геополитическая нестабильность в регионе, где выращивается растение, могут привести к сокращению поставок лекарств.
Теперь ученый из Стэнфорда выяснил, как изолировать молекулярную «фабрику» на исчезающем растении и собрать ее на другом, более широко доступном заводе.
«Это было непросто, потому что растения довольно сложные», - говорит Элизабет Сэттли, профессор химического машиностроения. «С ними довольно сложно работать. Их геномы очень сложны ».
Саттли и ее команда работали с гималайским заводом, называемым майяпл, который производит прекурсоры для широко используемого химиотерапевтического препарата под названием этопозид. Этопозид используется для лечения различных видов рака, включая лимфому, рак легкого, рак яичка и некоторые виды лейкемии и рака головного мозга. Он входит в список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения - лекарств, которые считаются важными для функционирования медицинской системы. Но Mayapple медленно растет, и предложение снижалось в течение многих лет из-за высокого спроса.
В полной мере осознал, что химическая сборочная линия Mayapple запускается в ответ на повреждение листьев. Как только происходит эта травма, растение начинает производить ряд белков. Некоторые из этих белков в конечном итоге образуют предшественник этопозида. Но большой вопрос был в том, какие белки? Присутствовало более 30 присутствующих, но не все они были вовлечены в создание предшественника.
«Здесь было очень важно сузить наш список кандидатов», - говорит Саттли.
Она и ее команда опробовали различные комбинации белков, пока не выяснили, какие 10 составляют сборочную линию. Затем они поместили гены, которые сделали эти 10 белков, в другое растение. Растение, которое они выбрали, было Nicotiana benthamiana, дикий родственник табака, выбранный потому, что он широко доступен и его легко выращивать в лаборатории. Завод Nicotiana начал производить предшественник этопозида, как и майяпл. Саттли и ее аспирант Уоррен Лау опубликовали свое открытие в журнале Science .
«Это очень хорошее доказательство концепции», - говорит Саттели.
Искренне надеется, что в конечном итоге микробы, такие как дрожжи, будут производить те же молекулы, полностью пропуская растения. Если ей это удастся, она присоединится к ряду ученых, которые выяснили, как превратить микроорганизмы в фабрики по производству наркотиков. Только на этой неделе немецкие ученые объявили, что они произвели генетически модифицированные дрожжи, производящие ТГК, соединение в марихуане, которое производит «высокий» и может помочь в лечении побочных эффектов от химиотерапии и других заболеваний. В прошлом месяце исследователи из Стэнфорда опубликовали результаты, показывающие, как дрожжи вырабатывают гидрокодон, опиоидный болеутоляющий, похожий на морфин. Прорыв может сделать такие лекарства дешевле и доступнее. В 2013 году инженеры-химики из Беркли уговорили генетически модифицированные дрожжи для производства противомалярийных препаратов.
Изготовление лекарств с использованием дрожжей еще проще и дешевле, чем использование обычных лабораторных растений. Расходные материалы невероятно дешевы и просты в изготовлении, занимают мало места или требуют особого ухода, и ими можно бесконечно манипулировать.
«Обещание в области синтетической биологии состоит в том, что вы можете заставить клетки делать или делать все, что угодно», - говорит Саттли.
Но есть еще, чему поучиться у растений и химических веществ, которые они производят. По мере того, как пути молекулярного производства растений становятся более понятными, ученые могут научиться ими манипулировать, потенциально производя более качественные лекарства с меньшим количеством побочных эффектов.
«Растения - одни из лучших молекулярных фабрик в природе», - говорит Саттли. «Нам нужно многое узнать об этих молекулах, которые так важны для здоровья человека, а также для здоровья растений».
