Geneesmiddelen op basis van alkaloïden die zijn afgeleid van planten kunnen krachtige behandelingen zijn voor een verscheidenheid aan ziekten. Maar het verkrijgen van deze krachtige therapeutische middelen uit planten kan lang duren en veel geld kosten, omdat er vaak veel planten nodig zijn om een ​​kleine hoeveelheid geneesmiddel te maken.

Maar vooruitgang in metabolische engineering van microben zou kunnen leiden tot goedkopere, snellere productie van geneesmiddelen die al zijn goedgekeurd door de Food and Drug Administration (FDA). Dat is de conclusie van een recent gepubliceerd onderzoek in Natuur Chemische Biologie door Amy Ehrenworth, een doctoraat student, en Pamela Peralta-Yahya, een assistent-professor en adviseur van Ehrenworth in de School of Chemistry and Biochemistry.

Metabole routes vormen de kern van de oplossing, zegt Peralta-Yahya. Deze routes zijn als productielijnen die de enzymen bevatten die nodig zijn om specifieke producten te assembleren, zoals therapeutische alkaloïden. Dankzij de vooruitgang in metabole engineering en synthetische biologie, plant metabolische routes kunnen worden geïnstalleerd in microben, waardoor microben de plantaardige producten kunnen maken.

Veel medicijnen die zijn gebaseerd op plantaardige natuurlijke producten worden geproduceerd door semi-synthese. Dat houdt meestal in dat verbindingen uit de plant worden gehaald en chemisch worden getransformeerd om de gewenste medicijnproducten aan het einde van de productielijn te krijgen.

Sommige van die chemische stappen kunnen lastig zijn. In het geval van gemodificeerde alkaloïden, Ehrenworth en Peralta-Yahya toonden in 2015 aan dat microben kunnen worden aangepast om ze gemakkelijker te produceren. Voor het nieuwe werk Ehrenworth onderzocht geneesmiddelendatabases om kandidaten voor alkaloïde-geneesmiddelen te vinden die in aanmerking kwamen voor productie-efficiëntie door middel van gemanipuleerde microben.

Als het gaat om het verlagen van de kosten van de productie van geneesmiddelen, "ons inzicht was dat we niet per se kunstmatige microben zouden moeten gebruiken om het exacte plantaardige natuurlijke product te maken, " Zegt Peralta-Yahya. "In plaats daarvan zouden we gemanipuleerde microben moeten gebruiken om iets te maken dat dichter bij een door de FDA goedgekeurd medicijn ligt."

"Je kunt 's nachts vaten met microben laten groeien, dus het is een veel sneller proces, "zegt Ehrenworth. "Je doodt ook geen bomen."

Ehrenworth verwijst naar de Chinese blije boom, de bron van het alkaloïde medicijn camptothecine. Twee kankermedicijnen, topotecan en irinotecan, zijn derivaten van camptothecine, en hun productie begint bij de natuurlijke alkaloïde.

"Beide derivaten zijn gemodificeerd op dezelfde locatie op het molecuul, ", zegt Ehrenworth. Engineering van microben om het laatste gemeenschappelijke tussenproduct te maken voordat de uiteindelijke medicijnverbindingen de vereiste chemische stappen zouden verminderen.

Om te zoeken naar medicijnen die baat zouden hebben bij dit soort metabolische engineering, Ehrenworth doorzocht databases van meer dan 2, 000 door de FDA goedgekeurde geneesmiddelen verkrijgbaar bij Drugbank.ca, de FDA, en andere bronnen. Zij en Peralta-Yahya stelden vast dat zeven door de FDA goedgekeurde gemodificeerde alkaloïde medicijnen de meest gunstige doelen zouden zijn voor metabolische engineering:solifenacine, galantamine, cisatracurium, levoranol, butorfanol, irinotecan, en topotecan.

"Ik was verrast door hoeveel gemodificeerde alkaloïden konden worden ontwikkeld met behulp van de huidige technologie, ' Zegt Peralta-Yahya. 'Ik dacht dat we er misschien een of twee zouden vinden. Maar het waren er veel, en je kunt er morgen letterlijk mee aan de slag."

Chemici en biologen hoeven niet te wachten tot nieuwe technologieën of processen worden ontdekt of gebouwd, Peralta-Yahya voegt eraan toe. "Het is er allemaal."