Monet yleisesti käytetyt lääkkeet ovat edelleen peräisin kasveista. Skopolamiini, jota käytetään liikuntataudissa ja leikkauksen jälkeisen pahoinvoinnin hoidossa, valmistetaan yön varjostimen kasveista. Digoksiini, sydänlääke, tulee kettujalkakasvista. Kodeiini ja muut opioidilääkkeet ovat peräisin oopiuminaponeista.
Mutta lääkkeiden valmistukseen käytetyt kasvit ovat joskus uhanalaisia tai kalliita. Heikko kasvukausi tai geopoliittinen epävakaus alueella, jolla kasvia viljellään, voi aiheuttaa lääkkeiden tarjonnan laskun.
Nyt Stanfordin tutkija on keksinyt, kuinka eristää uhanalaisessa laitoksessa oleva molekyylin ”tehdas” ja koota se toiseen, laajemmin saatavissa olevaan kasviin.
"Tämä oli haaste, koska kasvit ovat melko monimutkaisia", sanoo kemian tekniikan professori Elizabeth Sattely. ”Heillä on melko vaikea työskennellä. Heidän genomit ovat hyvin monimutkaisia. ”
Sattely ja hänen tiiminsä työskentelivät Himalajan kasvien, nimeltään mayapple, kanssa, joka tuottaa esiasteita yleisesti käytetylle kemoterapian lääkkeelle, nimeltään etoposidi. Etoposidia käytetään useiden syöpien, mukaan lukien lymfooma, keuhkosyöpä, kivessyöpä ja eräiden leukemian ja aivosyöpien, hoitoon. Se on Maailman terveysjärjestön luettelossa välttämättömistä lääkkeistä - lääkkeistä, joita pidetään kriittisinä lääketieteen toiminnan kannalta. Toisaalta appelsiini kasvaa hitaasti, ja tarjonta on ollut laskussa vuosien ajan korkean kysynnän vuoksi.
Täysin huomasi, että mayaanelin kemiallinen kokoonpanolinja käynnistyy vastauksena sen lehtien loukkaantumiseen. Kun tämä vamma tapahtuu, kasvi alkaa tuottaa useita proteiineja. Jotkut näistä proteiineista tuottavat lopulta etoposidin edeltäjän. Mutta iso kysymys oli, mitkä proteiinit? Läsnä oli yli 30, mutta kaikki eivät olleet mukana tekemässä edeltäjää.
"Mikä tässä oli ratkaisevaa, todella kavensi ehdokasluetteloamme", Sattely sanoo.
Hän ja hänen tiiminsä kokeilivat erilaisia proteiiniyhdistelmiä, kunnes he selvittivät, mitkä 10 muodostivat kokoonpanolinjan. Sitten he laittoivat geenit, jotka tekivät nämä 10 proteiinia eri kasviin. He valitsivat kasvin Nicotiana benthamiana, tupakan villi sukulainen, joka valittiin, koska se on laajalti saatavissa ja helppo kasvattaa laboratoriossa. Nicotiana- tehdas aloitti etoposidin esiasteen tuottamisen, samoin kuin appelsiini. Sattely ja hänen jatko-opiskelija Warren Lau julkaisivat löytönsä Science- lehdessä.
"Tämä on erittäin hieno todiste konseptista", sanoo Sattely.
Toivon täysin saattavansa saamaan mikrobit, kuten hiiva, tuottamaan samat molekyylit, ohittaen kasvit kokonaan. Jos hän onnistuu, hän liittyy joukkoon tutkijoita, jotka ovat keksineet, kuinka muuttaa mikro-organismit lääkkeitä tuottaviksi tehtaiksi. Vain tällä viikolla saksalaiset tutkijat ilmoittivat tehneensä geneettisesti muunnettua hiivaa tuottamaan THC: tä, marihuanayhdistettä, joka tuottaa “korkeaa” määrää ja voi auttaa kemoterapian ja muiden sairauksien aiheuttamien sivuvaikutusten hoidossa. Viime kuussa Stanfordin tutkijat julkaisivat tulokset, jotka osoittivat, kuinka he olivat saaneet hiivat tuottamaan hydrokodonia, joka on morfiinin kaltainen opioidilääke. Läpimurto voi tehdä tällaisista lääkkeistä halvempia ja helpommin saatavissa olevia. Vuonna 2013 Berkeleyn kemian insinöörit houkuttelivat geneettisesti muunnettua hiivaa tuottamaan malarian vastaisia lääkkeitä.
Lääkkeiden valmistaminen hiivalla on vielä yksinkertaisempaa ja halvempaa kuin tavallisten laboratoriokasvien käyttö. Tarvikkeet ovat uskomattoman halpoja ja helppo valmistaa, vievät vähän tilaa tai erityistä hoitoa, ja niitä voidaan manipuloida loputtomasti.
"Synteettisen biologian alan lupaus on, että voit saada soluja tekemään tai tekemään mitä haluat", Sattely sanoo.
Mutta kasveista ja niiden tuottamista kemikaaleista on vielä paljon opittavaa. Kun kasvien molekyylintuotantoreitit ymmärretään paremmin, tutkijat voivat oppia manipuloimaan niitä tuottaen mahdollisesti parempia lääkkeitä, joilla on vähemmän sivuvaikutuksia.
"Kasvit ovat eräitä luonnon parhaimmista molekyylitehtaista", Sattely sanoo. "Meillä on paljon opittavaa näistä molekyyleistä, jotka ovat niin tärkeitä ihmisten ja myös kasvien terveydelle."
