Gentechnisch veränderte Hefe produziert Opiate aus Zucker

Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Stanford University unter der Leitung der Professorin für Biotechnik Christina Small (Bild 2 von links) führt seit langem genetische Experimente mit Hefe durch. Kürzlich gelang es ihnen, eine ernsthafte Entdeckung zu machen. Unter Verwendung einer Reihe genetischer Modifikationen haben sie eine Art Hefe erhalten, die Zucker zu Hydrocodon verarbeitet.

Hydrocodon (Vicodin) ist ein halbsynthetisches Opiat, das aus den natürlichen Opiaten von Codein oder Thebain gewonnen wird. Dies ist ein wirksames narkotisches Schmerzmittel, dessen Verbreitung in der Russischen Föderation übrigens verboten ist.

Obwohl Vicodin in der Russischen Föderation verboten ist, ist es schwierig, die wissenschaftliche Bedeutung dieser Entdeckung zu überschätzen. Laut der Weltgesundheitsorganisation haben 5,5 Milliarden Menschen auf der Welt keinen oder fast keinen Zugang zu Schmerzmitteln. Die in Stanford erzeugte Hefe kann in drei bis fünf Tagen Hydrocodon produzieren.

Die Herstellung solcher Schmerzmittel erfordert nun ein langwieriges Verfahren: Erstens wird Schlafmohn auf einzelnen Farmen angebaut, die von der Regierung genehmigt wurden. Anschließend wird es gesammelt, verarbeitet und an pharmazeutische Werke in den USA gesendet, wo die Reinigung und Herstellung des Arzneimittels erfolgt.

Hefe vereinfacht diesen Prozess erheblich, sodass Schmerzmittel theoretisch auch in armen Ländern billiger und erschwinglicher werden.

Vor der Herstellung von Opiaten stellte das Wissenschaftsteam von Christina Smolk gentechnisch veränderte Hefen her, aus denen das Malariamedikament Artemisinin hergestellt wurde. Diese erfolgreiche Erfahrung hat die Möglichkeit bewiesen, andere Arzneimittel auf ähnliche Weise herzustellen.

„Als wir vor zehn Jahren mit der Arbeit begannen, hielten es viele Experten für unmöglich, Hefe herzustellen , die den gesamten Prozess von der Farm bis zur Produktion ersetzt“, sagt Professor Smolk. Es konnte jedoch nachgewiesen werden, dass dies immer noch real ist. Zwar ist die Freisetzung des Arzneimittels äußerst gering: Um eine Dosis Schmerzmittel zu erhalten, sind bis zu 16.650 Liter gentechnisch veränderte Hefe erforderlich. Vor allem aber hat das Experiment die theoretische Möglichkeit eines solchen Prozesses bewiesen.

Gentechnisch veränderte Hefe enthält 23 fremde Gene von fünf in der Abbildung dargestellten Organismen (von oben nach unten): Kalifornischer Mohn, Ratte, Räucherfisch, Bakterium und Schlafmohn.



DNA-Fragmente dieser Organismen wurden in Hefezellen eingeführt. Mit ihrer Hilfe könnten Zellen alle Enzyme produzieren, die zur Umwandlung von Zucker in Hydrocodon erforderlich sind, das die Schmerzrezeptoren im Gehirn blockiert.

"Enzyme produzieren und zerstören Moleküle", sagt Stephanie Galanie, eine Stanford-Doktorandin und Mitglied der Small Research Group. "Dies sind die kämpfenden Helden der Biologie."

Viele Pflanzen, einschließlich Schlafmohn, produzieren das S-Reticulin-Molekül, eine Vorstufe für Wirkstoffe mit analgetischen Eigenschaften. In Schlafmohn verwandelt sich S-Retikulin auf natürliche Weise in eine spiegelähnliche Version von R-Retikulin. Das Forschungsteam von Professor Smolk hat ein Enzym gefunden, das Retikulin neu konfiguriert.


S-Reticulin und R-Reticulin

Nach der Rekonfiguration von Reticulin übernehmen andere Enzyme, darunter sechs Enzyme von der Ratte, um die Produktion des gewünschten Moleküls zu vervollständigen.

Während experimenteller Tests wurden zwei Produktionslinien organisiert. Man produzierte Tebain, aus dem Schmerzmittel hergestellt werden können. Auf der anderen Seite ist Hydrocodon.

"Dies ist nur der Anfang", sagt Small. "Die Technologie, die wir für Opiat-Schmerzmittel entwickelt haben, kann angepasst werden, um viele pflanzliche Arzneimittel zur Bekämpfung von Krebs, Infektionskrankheiten und chronischen Krankheiten wie Bluthochdruck und Arthritis herzustellen."

Der wissenschaftliche Artikel „Complete Biosynthese von Opioiden in Hefe“ wurde veröffentlicht am 14. August 2015 in der Zeitschrift Wissenschaft .

Source: https://habr.com/ru/post/de382957/