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《Science》报道阿片类化合物的真菌内生物全合成

最近,斯坦福大学Christina D. Smolke领导的研究小组利用基因改造的酵母成功合成出阿片类化合物,这是至今为止合成生物学中最复杂的壮举之一。不过,业内对这一方法也表达了担忧,基因改造酵母既然能生产阿片类化合物,那么会不会被不法分子用于生产毒品?

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这项利用酵母完成复杂的阿片合成途径的研究成果刊发于最新的《Science》杂志上。这种基因工程酵母,包含20多种来自酵母本身、植物、细菌,甚至还有一段来自啮齿类动物的基因,能把糖转化为蒂巴因(thebaine),这是吗啡类止痛药的关键前驱体。而人们在数千年来,一直通过从植物罂粟中提取这些止痛药。


该研究团队还发现,通过对酵母的进一步改造,它还能生产氢可酮(hydrocodone),这是一种广泛使用的止痛药,目前由蒂巴因通过化学转化而得。


“这是一个重大的里程碑,”瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学的合成生物学家Jens Nielsen说。他补充说,这项工作充分展示了合成生物学的复杂性,并能将复杂的代谢途径转移到微生物中。合成生物学家此前设计能够生产青蒿素的酵母,只需要插入少量植物基因。而为了让酵母生产蒂巴因,Smolke的团队需要诱导酵母细胞表达21个外源基因,而制造氢可酮的酵母则引入了23个基因。


现在让我们回顾一下整个研究历程。去年,Smolke的研究小组实现了利用工程酵母完成整个途径的后面部分——从蒂巴因到吗啡。今年四月,加拿大的微生物学家Vincent Martin和他的同事设计的工程酵母,能从一个名为R-reticuline的中间体合成吗啡。


几个星期后,加州大学伯克利分校的合成生物学家John Dueber和他的同事宣布,他们利用酵母完成了整个途径的前半部分,从葡萄糖到另一个中间体:S-reticuline。最终,这两个团队在六月下旬报道,他们已经找到整个途径的最后一环——能将S-reticuline转化成R-reticuline的酶(点击查看酵母合成吗啡关键步骤解决,引发管控的讨论)。


对这一研究一直有生物专家表示担心,就像啤酒爱好者能在家酿造啤酒一样,不法分子或许也能利用这些菌株在家酿造海洛因。


当然,并不是每个人都会担心自酿的阿片类药物。得克萨斯州奥斯汀大学的合成生物学家Andrew Ellington认为这种担心“有些过了”。他认为,与通过罂粟制毒相比,通过发酵生产的阿片类化合物的量微乎其微,几乎都可以忽略。


但Martin显然不同意这一观点,他认为“在芝加哥,一个人拥有罂粟田很难,而弄点酵母则容易得多。”


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