Morfina z mikrobów

Już wkrótce pałeczki okrężnicy (Escherichia coli) mogą znaleźć zastosowanie w leczeniu bólu. Japońscy bioinżynierowie uzyskali bowiem zmodyfikowane genetycznie E. coli, które produkują tebainę, z której można otrzymywać inne opioidy, np. morfinę.

W porównaniu do zaprezentowanej w zeszłym roku na łamach pisma Science metody z wykorzystaniem drożdży, pałeczki okrężnicy wytwarzają 300 razy więcej tebainy.

Morfina ma złożoną budowę chemiczną. Z tego powodu wytwarzanie jej, a także pokrewnych związków przeciwbólowych [opioidów], jest czasochłonne i drogie. Z naszymi E. coli na przestrzeni kilku dni z ok. 20 g cukru jesteśmy w stanie uzyskać [aż] 2,1 mg tebainy; dla porównania drożdże zapewniają tylko 0,0064 mg tebainy

- opowiada Fumihiko Sato z Uniwersytetu w Kioto.

Obecnie morfinę pozyskuje się głównie z opium (substancji otrzymywanej przez wysuszenie soku z niedojrzałych makówek maku lekarskiego). We 2015 r. zespół Christiny D. Smolke z Uniwersytetu Stanforda zaprezentował system biosyntezy morfiny i hydrokodonu przez szczep drożdży piekarskich (Saccharomyces cerevisiae). W komórkach grzybów umieszczono 23 geny z roślin, bakterii, a nawet szczurów, dzięki którym powstawały enzymy konieczne do przekształcenia cukru w opioidy. Jak tłumaczyła Smolke, by uzyskać ilość hydrokodonu na jedną tabletkę Vicodinu, trzeba dysponować 4400 galonami (ok. 16,6 m3) drożdży.

Japończycy podkreślają, że z nowymi E. coli nie ma ryzyka nieuregulowanej produkcji opoidów. Są po temu 2 powody. Po pierwsze, do przekształcenia cukru [a właściwie cukrolu - glicerolu] w tebainę trzeba aż 4 szczepów zmodyfikowanych genetycznie E. coli [synteza przebiega etapami]. Poza tym zajmowanie się pałeczkami nie jest łatwe i wymaga wprawy.

W 2011 r. zespół Sato stworzył E. coli produkujące inną substancję prekursorową dla morfiny - alkaloid benzoizochinolinowy retikulinę. W nowym systemie Japończycy wprowadzili do pałeczek geny z innych bakterii i geny enzymów z cynowodu japońskiego (Coptis japonica) oraz rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana). Autorzy publikacji z Nature Communications twierdzą, że tak duże ilości tebainy udaje się uzyskać dzięki sporej aktywności enzymów. Ekipa ma nadzieję jeszcze ulepszyć proces.

Dodając kolejne 2 geny, sprawiliśmy, że nasze E. coli produkowały także hydrokodon, co, oczywiście, zwiększa praktyczność opisywanej techniki.