Alkaloidbaserede lægemidler afledt af planter kan være potente behandlinger for en række forskellige sygdomme. Men at få disse kraftfulde terapeutiske midler fra planter kan tage lang tid og koste mange penge, fordi det ofte kræver mange planter at lave en lille mængde lægemiddel.
Alligevel kan fremskridt inden for metabolisk konstruktion af mikrober føre til billigere, hurtigere produktion af lægemidler, der allerede er godkendt af Food and Drug Administration (FDA). Det er konklusionen i en undersøgelse offentliggjort for nylig i Naturens kemiske biologi af Amy Ehrenworth, en ph.d. studerende, og Pamela Peralta-Yahya, en adjunkt og Ehrenworths rådgiver på School of Chemistry and Biochemistry.
Metaboliske veje er kernen i løsningen, Peralta-Yahya siger. Disse veje er som produktionslinjer, der omfatter de enzymer, der kræves for at samle specifikke produkter, såsom terapeutiske alkaloider. Takket være fremskridt inden for metabolisk teknik og syntetisk biologi, plantemetaboliske veje kan installeres i mikrober, gør det muligt for mikrober at fremstille planteprodukterne.
Mange lægemidler, der er baseret på naturlige planteprodukter, fremstilles ved semisyntese. Det involverer normalt at tage forbindelser fra planten og kemisk omdanne dem for at få de ønskede lægemidler i slutningen af produktionslinjen.
Nogle af disse kemiske trin kan være besværlige. I tilfælde af modificerede alkaloider, Ehrenworth og Peralta-Yahya viste i 2015, at mikrober kan modificeres for at producere dem lettere. Til det nye arbejde, Ehrenworth undersøgte lægemiddeldatabaser for at finde alkaloid-lægemiddelkandidater, der er kvalificerede til produktionseffektivitet gennem konstruerede mikrober.
Når det kommer til at sænke omkostningerne ved lægemiddelproduktion, "Vores indsigt var, at vi ikke nødvendigvis skulle bruge konstruerede mikrober til at fremstille det nøjagtige plantenaturprodukt, "Siger Peralta-Yahya. "I stedet bør vi bruge konstruerede mikrober til at lave noget, der er tættere på et FDA-godkendt lægemiddel."
"Du kan dyrke kar med mikrober natten over, så det er en meget hurtigere proces, " siger Ehrenworth. "Du dræber heller ikke træer."
Ehrenworth henviser til det kinesiske glade træ, kilden til alkaloidstoffet camptothecin. To kræftmedicin, topotecan og irinotecan, er derivater af camptothecin, og deres produktion starter fra det naturlige alkaloid.
"Begge disse derivater er modificeret på samme sted på molekylet, " Ehrenworth siger. At udvikle mikrober til at lave det sidste almindelige mellemprodukt før de endelige lægemiddelforbindelser ville reducere de nødvendige kemiske trin.
At søge efter lægemidler, der ville have gavn af denne form for metabolisk manipulation, Ehrenworth søgte i databaser med mere end 2, 000 FDA-godkendte lægemidler tilgængelige fra Drugbank.ca, FDA, og andre kilder. Hun og Peralta-Yahya fastslog, at syv FDA-godkendte modificerede alkaloid-lægemidler ville være de mest gavnlige mål for metabolisk manipulation:solifenacin, galantamin, cisatracurium, levorphanol, butorphanol, irinotecan, og topotecan.
"Jeg var overrasket over, hvor mange modificerede alkaloider, der kunne konstrueres ved hjælp af den nuværende teknologi, " siger Peralta-Yahya. "Jeg tænkte, at vi måske ville finde en eller to. Men der var mange, og du kan bogstaveligt talt begynde at arbejde på dem i morgen."
Kemikere og biologer behøver ikke at vente på, at nye teknologier eller processer bliver opdaget eller bygget, tilføjer Peralta-Yahya. "Det hele er der."