Większa dostępność leków przeciwnowotworowych dzięki wykorzystaniu drożdży
Winblastyna to substancja pochodzenia roślinnego o działaniu przeciwnowotworowym, która występuje naturalnie w roślinie o nazwie barwinek różowy, ale trudno ją bezpośrednio wyizolować. Niemożliwe było również produkowanie tego związku na dużą skalę w drodze reakcji chemicznych. Dzięki zastosowaniu biologii syntetycznej międzynarodowemu zespołowi badaczy udało się zmodyfikować drożdże, od wieków używane do produkcji piwa i wyrobów piekarskich, aby zwiększyć produkcję tego istotnego leku przeciwnowotworowego. Opis procesu opracowanego w trakcie badań przedstawiono w czasopiśmie „Nature”. „Stworzone przez nas rozwiązanie, w którym wykorzystaliśmy drożdże, umożliwi przyjazną dla środowiska i niedrogą produkcję winblastyny i ponad 3 000 innych cząsteczek, które należą do tej grupy naturalnych związków”, wyjaśnia dr Jay Keasling, główny autor badania z Duńskiego Uniwersytetu Technicznego, cytowany w artykule opublikowanym w serwisie „Newswise”. Duński Uniwersytet Techniczny jest koordynatorem MIAMi, projektu UE, z którego budżetu finansowane są badania. „Oprócz syntezy winblastyny nasze rozwiązanie umożliwi także produkcję leków stosowanych w terapii uzależnień, leczeniu malarii oraz wielu innych chorób”, dodaje dr Keasling. Winblastyna należy do grupy występujących w roślinach związków zwanych monoterpenoidowymi alkaloidami indolowymi (MIA), które są stosowane w medycynie. Stosuje się ją w leczeniu między innymi chłoniaków i nowotworów jądra, jajnika, piersi, pęcherza moczowego oraz płuca. Związek ten hamuje podziały komórkowe, uniemożliwiając wzrost nowotworu. Winblastyna, jak inne MIA, ma złożoną strukturę cząsteczkową, co niestety utrudnia jej otrzymywanie drogą syntez chemicznych, dlatego do tej pory izolowano ją z rośliny, w której naturalnie występuje. Jednak żeby wyekstrahować niewielką ilość tego alkaloidu należy przetworzyć ogromne ilości barwinka różowego – do wyprodukowania jednego grama leku potrzeba aż pół tony suszonych liści.
Nowa metoda produkcji winblastyny
W ostatnich latach brakowało winblastyny, którą powszechnie stosuje się w chemioterapii, dlatego zespół badaczy opracował proces jej produkcji oparty na mikroorganizmach. Jednak wytwarzanie MIA z wykorzystaniem drożdży było wielkim wyzwaniem. „31-etapowy proces biosyntezy winblastyny, który został dobrze opisany dopiero w 2018 roku, jest niezwykle złożony”, mówi dr Jie Zhang, pierwszy autor badania z Duńskiego Uniwersytetu Technicznego. „W ramach naszego badania opracowaliśmy najdłuższą do tej pory ścieżkę biosyntetyczną dopasowaną do produkcji związku w komórkach mikroorganizmów zawierającą 30 etapów enzymatycznych, w których dwie cząsteczki naturalnie wytwarzane przez drożdże są przekształcane w katarantynę i windolinę – prekursory winblastyny”. W sumie wprowadzono 56 modyfikacji genetycznych, aby otrzymać szczep drożdży, który wytwarza stałe i wystarczające ilości tych dwóch cząsteczek. Po tym sukcesie, który udało się osiągnąć dzięki częściowemu wsparciu z projektu MIAMi (Refactoring monoterpenoid indole alkaloid production in microbial cell factories), naukowcy chcą opracować metody produkcji innych przeciwnowotworowych MIA, takich jak winkrystyna i irynotekan. Jak podsumowuje dr Zhang: „Proces biosyntezy można również rozszerzyć, aby móc wytwarzać nowe MIA niewystępujące w przyrodzie, które mogą mieć lepsze właściwości farmakologiczne, takie jak wyższa skuteczność czy mniej skutków ubocznych. Potencjalnie będziemy mogli więc zbadać niemal nieskończony zbiór substancji chemicznych o różnych działaniach biologicznych”. Więcej informacji: strona projektu MIAMi
Słowa kluczowe
MIAMi, nowotwór, winblastyna, lek przeciwnowotworowy, drożdże, związek chemiczny, monoterpenoidowy alkaloid indolowy