биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Чашки петри вместо маковых полей

[14 сентября, 2008 г.]

Алкалоиды — большая группа органических азотсодержащих веществ преимущественно растительного происхождения — зачастую имеют довольно сложное строение и не могут быть синтезированы химическим путём. Но и выделить существенное количество алкалоида из природного сырья часто оказывается достаточно сложно и дорого. Американским учёным удалось создать трансгенную линию пекарских дрожжей, поместив в них гены из четырёх различных организмов, и «научить» их осуществлять многостадийный синтез непосредственного предшественника алкалоида, применяющегося в медицине (хотя, к сожалению, не только), — морфина.

В настоящее время известно более 5000 алкалоидов — природных азотсодержащих гетероциклических соединений, обладающих физиологической активностью и по химическому признаку относимых к разным классам: изохинолиновые, пиридиновые, пептидные, хиназолиновые, терпеноидные и др. Многие алкалоиды обладают ценными лекарственными свойствами, но многие также — сильнейшие яды. Молекулярное строение большинства алкалоидов достаточно сложное, и поэтому лишь некоторые из них удаётся химически синтезировать в промышленных масштабах: кофеин, эфедрин, новокаин (синтетический алкалоид, используемый для местной анестезии вместо применявшегося когда-то кокаина) и немногие другие. В большинстве же случаев алкалоиды выделяют из организмов (в основном растений), их производящих: морфин, например, получают из млечного сока незрелых плодов опийного мака. Очень часто процедура выделения алкалоидов неизвестна или слишком дорога для промышленного внедрения.

Природный (биохимический) синтез алкалоидов довольно сложен и многостадиен, то есть происходит с участием целого ряда ферментов и метаболических цепочек. Многие алкалоиды являются промежуточными продуктами в каком-либо биохимическом пути, и практически невозможно вызвать накопление этих веществ, «выключив» какой-либо ген в растении, и не нарушить при этом массы других процессов. Биотехнологический подход предлагает «поместить» все нужные для синтеза гены в какой-либо микроорганизм и получать требуемое вещество, просто наращивая биомассу, и кое-какие успехи в этом есть: с помощью трансгенных дрожжей уже производят стероидные гормоны и артемисиновую кислоту (предшественник противомалярийного средства). Но в более сложных случаях способ реконструкции биохимических путей пока не найден.

Американские химики Кристина Смолк (Christina Smolke) — профессор Калифорнийского технологического института и заведующая лабораторией, — а также её аспирантка Кристи Хокинс (Kristy Hawkins) сообщают о том, что им удалось «наладить» синтез бензилизохинолиновых алкалоидов (к которым принадлежат обезболивающие морфин и кодеин) в дрожжевой клетке, реконструировав в ней изрядную часть биохимического пути, существующего в растениях (в опийном маке) и отсутствующего в дрожжах [1]. Чтобы достичь желаемого, учёным пришлось встроить в дрожжи гены из трёх растительных организмов: собственно опийного мака (Papaver somniferum), василисника (Thalictrum flavum) и резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana), а также ген человеческого фермента P450. Все эти белки необходимы для синтеза бензилизохинолиновых алкалоидов из более мелких «строительных блоков», а у P450 даже обнаружилась новая функция по превращению одного алкалоида в другой.

Тестируя различные комбинации ферментов, исследователи смогли получить значительные количества семи алкалоидов, в том числе ретикулина, салутаридина (непосредственного предшественника морфина) и других переходных продуктов. «Теперь, когда появились вещества, бывшие ранее недоступными, люди начнут изучать их фармакологические свойства», — говорит Смолк. — «Мы научились получать 100–200 миллиграмм активного вещества в литре культуры, что уже достаточно разумно для практических применений. Однако после небольшой оптимизации это количество можно увеличить в 10 или даже в 100 раз» [2].

Кроме того, Хокинс и Смолк предлагают способ, как оптимизировать экспрессию каждого фермента в цепочке, чтобы «лишние» промежуточные продукты не накапливались зря и чтобы процесс в целом был эффективнее. Далее учёные хотят проработать способы получения остальных промежуточных и конечных продуктов: на данный момент синтез производится не «до конца» (т. е., не до морфина или берберина) и не «с начала» (не с аминокислоты триптофана, а из интермедиата, доступного на рынке).

Успехи генной инженерии и синтетической биологии не могут не впечатлять, однако в одном из первых комментариев, оставленных на сайте новостей Nature, где было рассказано о данной работе [2], прозвучал справедливый вопрос: сколько времени займёт, чтобы выкрасть из лаборатории пробирку с «супер-штаммом», позволяющим получить практически неограниченное количество морфина — вещества, находящегося лишь в одном шаге от героина?..

Литература

  1. Hawkins K.M., Smolke C.D. (2008). Production of benzylisoquinoline alkaloids in Saccharomyces cerevisiae. Nat. Chem. Biol. 9, 564–573 (в интернете);
  2. Nature news — “Alkaloids produced by genetically engineered yeast”.

Автор: Чугунов Антон.

Число просмотров: 657.

Вернуться в раздел «Новости»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Будущее уже наступило. Просто оно распределенно неравномерно.

GroEL — 15 сентября, 2008 г. 01:10. (ссылка) (свернуть ветвь)

И что же будет дальше? Мир решил проблему боли?
Что у нас следующее на очереди, DMT, LSD, или THC в генетически модифицированном укропе?

(ответить)

Re: Будущее уже наступило. Просто оно распределенно неравномерно.

Старокадомский Петр — 15 сентября, 2008 г. 03:04. (ссылка) (свернуть ветвь)

Дальше - больше. Работа примечательна тем, что это первые удачные шаги по "смешиванию" разных молекул из разных организмов. На самом деле перспективы этого метода огромные - в первую очередь это создание лекарств и их испытания. Допустим, многие модуляторы иммунной системы человека(звенья МАРК-пути) намного удобнее исследовать, встраивая их в аналогичный цикл дрожжей. Это и проще, и дешевле, и быстрей. Если будет интересно - могу рассказать подробней.
Что касается темной стороны вопроса - от нее не уйти, и все открытия всегда могут использоваться и для преступных целей. Однако это не повод заморозить науку - наоборот, надо поднимать до ее уровня все человечество. Ведь Вы конкретно не введете себе морфий, чтоб просто потупить вечер? Почему ж нельзя сделать так, чтоб всем остальным это тоже было бы не интересно?

(ответить)

Re: Re: Будущее уже наступило. Просто оно распределенно неравномерно.

GroEL — 15 сентября, 2008 г. 03:22. (ссылка) (свернуть ветвь)

На счет дрожжей это понятно. Кое-кто и нейропротекцию на дрожжах изучает)))
А что касается другой стороны вопроса - Фриц Габер ужаснулся бы, если узнал как использовали Циклон Б; люди надеялись, что атомная энергия избавит человечества от энергетического кризиса. История в общем-то не нова.
Вопрос скорее не науки ,а научной морали. Будем надеяться что там найдеться свой Сахаров.

(ответить)

Re: Re: Re: Будущее уже наступило. Просто оно распределенно неравномерно.

Дмитрий — 1 июля, 2015 г. 11:22. (ссылка)

Потребление героина не ограничено сложностью его производства. Иными словами была бы возможность реализовать, а способ произвести и без биотехнологии достаточно прост.

(ответить)

Re: Будущее уже наступило. Просто оно распределенно неравномерно.

Чугунов Антон — 15 сентября, 2008 г. 02:36. (ссылка) (свернуть ветвь)

Сомневаюсь я что-то, чтобы какая-нибудь крупная проблема была решена. Во-первых, тут и синтез морфина-то не налажен — показано только «proof of concept», так сказать. А во-вторых — морфин — это весьма своеобразно решённая проблема боли. С побочными эффектами.

(ответить)

Re: Re: Будущее уже наступило. Просто оно распределенно неравномерно.

GroEL — 15 сентября, 2008 г. 03:04. (ссылка)

на счет боли - да, поскольку по всей видимости существуют опиат-независимые рецепторы физиологической системы контроля боли. Например, через TRP-рецепторы; известны же случаи, что при ожогах медуз возникала настолько сильные болевые ощущения, что они подавлялись опиатами.
А то что мир обрел новую проблему, несомненно.

(ответить)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.