Voor meer betaalbare, duurzame medicijnopties dan we vandaag hebben, kan de medicatie die we nemen om hoge bloeddruk, pijn of geheugenverlies te behandelen op een dag afkomstig zijn van gemanipuleerde bacteriën, gekweekt in een vat zoals yoghurt. En dankzij een nieuw bacterieel hulpmiddel ontwikkeld door wetenschappers van de Universiteit van Texas in Austin, kan het proces om de productie van geneesmiddelen in bacteriële cellen te verbeteren, sneller komen dan we dachten.

Al tientallen jaren kijken onderzoekers naar manieren om de productie van geneesmiddelen betaalbaarder en duurzamer te maken dan de huidige processen van farmaceutische fabrikanten, waarvan er vele afhankelijk zijn van plantaardige gewassen of aardolie. Het gebruik van bacteriën is gesuggereerd als een goed biologisch alternatief, maar het detecteren en optimaliseren van de productie van therapeutische moleculen is moeilijk en tijdrovend en vereist maanden aan een stuk. In een nieuw artikel dat deze week verschijnt in Nature Chemical Biology , introduceert het UT Austin-team een ​​biosensorsysteem, afgeleid van E. coli-bacteriën, dat kan worden aangepast om allerlei therapeutische verbindingen nauwkeurig en in slechts enkele uren te detecteren.

"We zijn aan het uitzoeken hoe we bacteriën 'zintuigen' kunnen geven, vergelijkbaar met olfactorische receptoren of smaakreceptoren, en deze kunnen gebruiken voor de detectie van de verschillende verbindingen die ze kunnen maken," zei Andrew Ellington, een professor in de moleculaire biowetenschappen en corresponderend auteur op de papier.

Veel van de medicijnen die we nemen zijn gemaakt met ingrediënten die uit planten zijn gehaald (denk bijvoorbeeld aan morfine, de verdovende pijnstiller die uit klaprozen komt, of galantamine, een medicament voor dementie dat afkomstig is van narcissen). Het extraheren van medicijnen uit deze planten is ingewikkeld en vraagt ​​veel van de hulpbronnen, en vereist water en areaal om de gewassen te verbouwen. Supply chains worden gemakkelijk verstoord. En gewassen kunnen worden beschadigd door overstromingen, branden en droogte. Het afleiden van vergelijkbare therapeutische componenten met behulp van synthetische chemie brengt ook problemen met zich mee, aangezien het proces afhankelijk is van aardolie en op aardolie gebaseerde producten die verband houden met afval en kosten.

Voer de bescheiden bacteriën in, een goedkoop, efficiënt en duurzaam alternatief. De genetische code van bacteriën kan gemakkelijk worden gemanipuleerd om fabrieken te worden voor de productie van medicijnen. In een proces dat biosynthese wordt genoemd, worden de biologische systemen van de bacteriën gebruikt om specifieke moleculen te produceren als onderdeel van het natuurlijke cellulaire proces. En bacteriën kunnen zich met hoge snelheid vermenigvuldigen. Het enige dat ze nodig hebben om het werk te doen, is suiker.

Helaas hebben fabrikanten tot nu toe geen manier gehad om snel verschillende stammen van gemanipuleerde bacteriën te analyseren om degenen te identificeren die in staat zijn hoeveelheden van een gewenst medicijn in commerciële volumes te produceren. Het nauwkeurig analyseren van de duizenden gemanipuleerde stammen op weg naar een goede producent kan weken of maanden duren met de huidige technologie, maar slechts een dag met de nieuwe biosensoren.

"Er zijn momenteel geen biosensoren voor de meeste plantenmetabolieten", zegt Simon d'Oelsnitz, een onderzoekswetenschapper bij de afdeling Moleculaire Biowetenschappen en eerste auteur van het artikel. "Met deze techniek moet het mogelijk zijn om biosensoren te maken voor een breed scala aan medicijnen."

De door d'Oelsnitz, Ellington en collega's ontwikkelde biosensoren bepalen snel en nauwkeurig de hoeveelheid van een bepaald molecuul dat een bacteriestam produceert. Het team ontwikkelde de biosensoren voor verschillende soorten veel voorkomende medicijnen, zoals hoestonderdrukkers en vaatverwijders, die worden gebruikt om spierspasmen te behandelen. Moleculaire beelden van de biosensoren gemaakt door röntgenkristallografen Wantae Kim en Yan Jessie Zhang laten precies zien hoe ze hun partnermedicijn stevig vastgrijpen. Wanneer het medicijn wordt gedetecteerd door de biosensor, gloeit het. Bovendien heeft het team hun eigen bacteriën ontwikkeld om een ​​verbinding te produceren die in verschillende door de FDA goedgekeurde geneesmiddelen wordt aangetroffen en de biosensoren gebruikt om de productoutput te analyseren, in wezen om te laten zien hoe de industrie biosensoren zou kunnen gebruiken om de chemische productie snel te optimaliseren.

"Hoewel dit niet de eerste biosensor is," zei d'Oelsnitz, "kunnen ze met deze techniek sneller en efficiënter worden ontwikkeld. Dat opent op zijn beurt de deur naar meer geneesmiddelen die worden geproduceerd met behulp van biosynthese." + Verder verkennen

Nieuwe biosensoren meten giftige medicijnen bij kanker-, artritis- en orgaantransplantatiepatiënten