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转基因酵母合成止痛药 下一步用来制造毒品?

罂粟植物作为鸦片、镇定剂玛咖以及止痛药物原料已经有数千年,如今一研究小组将酵母与植物、细菌以及啮齿动物的基因混合转化成二甲基玛咖,通过进一步调整,酵母还可转化为氢可酮,氢可酮是一种广泛使用的止痛药。通过调整酵母途径,药物化学家可以合成更有效、成瘾性更小的麻醉剂和止痛剂。但有些专家担心非法制造商会用此来制造海洛因,对社会造成危害。

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酵母工程生产二甲基玛咖


合成生物学家曾利用酵母生产青蒿素(一种抗疟化合物),这个过程只需要插入少量的植物基因即可。但用酵母生产二甲基玛咖,研究人员需要诱导细胞表达21个基因,包括需要补充一组不同物种的基因,合成氢可酮时用了23个基因。斯坦福大学合成生物学家Christina Smolke引领了此项研究。查尔姆理工大学合成生物学家Jens Nielsen说,这是个重要的里程碑,揭示了生物合成增加了代谢途径转移至微生物的复杂性。


许多人预计这个研究需要数年时间才能完成。但事实证明,早在今年5月份Smolke教授及其同事就已经完成了这个工作,说明这领域的发展速度非常快,麻省理工大学生物技术政策专家Kenneth Oye表示。


Smolke教授说,最大的挑战是提高每一步的效率,以免损失,例如,一种称为SalSyn 的植物酶在将R-reticuline 转化为 salutaridine化合物时效率很低。最后,Smolke团队发现酵母使酶反应发生错误并导致糖合成错误,研究人员通过在酵母中插入植物基因来解决这个问题。


Smolke教授通过进一步调整,运用微生物来大幅度增加二甲基玛咖的产量。制药商对此十分感兴趣,他们想利用此来制造药品,但这不会那么容易。但Martin教授说他们曾经通过酵母合成技术大幅度增加了青蒿素的产量,因此这是有可能的,唯一的问题就是速度的问题。最近Smolke教授成立了一个公司,名叫Antheia,旨在推动这个领域的发展速度。


今年4月份,加拿大蒙特利尔康考迪亚大学微生物学家Vincent Martin及其同事说他们已经制造出可合成玛咖中间化合物R-reticuline的酵母。几周后,加利福尼亚大学合成生物学家John Dueber及其同事宣布了在酵母合成途径的最初过程是由葡萄糖转化为S-reticuline中间化合物。最终六月下旬,两组研究报道了他们已经确认化学转化所需的酶为S-reticuline和 R-reticuline。


专家担忧非法制造商会利用此技术来生产海洛因


Smolke的此次研究于本周在线报道在Science上,开启了酵母合成鸦片类药物的激辩大门。通过调整酵母途径,药物化学家可以合成更有效、成瘾性更小的麻醉剂和止痛剂。但有些专家担心非法制药商可能会利用这种酵母菌株酿造海洛因,就如啤酒爱好者在家酿造啤酒一样,一个简单的化学转化就可以制造出毒品。这种担忧也是该研究小组停止酵母菌株合成玛咖转化过程的原因,但药品制造商同样还可以用二甲基玛咖来制造出新的化合物。


为了跟上这一酵母工程, Oye说政策专家应该出台新的规定来限制转基因微生物的利用,以降低风险。在酵母合成类鸦片剂的事件中,这样的政策可禁止制造商利用菌株生产非法药物,比如海洛因,同时还需要科学家在基因上做好控制,以防止实验室微生物污染外界生活环境。


但不是所有人都对此担心,德克萨斯大学合成生物学家Andrew Ellington说这种担忧有些夸大其实。他认为可笑的想法是通过酵母生产微乎其微的少量鸦片可小化从罂粟中制造非法毒品的问题。但Martin不同意,他表示在芝加哥不是每个人都可以获得罂粟,但容易获得酵母。


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