多くの一般的に使用される薬は、まだ植物に由来しています。 スコポラミンは、乗り物酔いや手術後の吐き気の治療に使用され、ナイトシェード科の植物から作られています。 ジゴキシン、心臓の薬は、ジギタリス植物から来ます。 コデインおよび他のオピオイド鎮痛剤は、アヘン用ケシに由来します。
しかし、薬の製造に使用される植物は、絶滅の危機にあるか、高価な場合があります。 植物が栽培されている地域の生育期の悪化や地政学的な不安定性により、医薬品の供給が低下する可能性があります。
現在、スタンフォードの科学者は、絶滅の危機にある植物内で分子「工場」を分離し、より広く利用可能な別の植物内でそれを組み立てる方法を見つけました。
「植物はかなり複雑なので、これは挑戦でした」と化学工学の教授であるエリザベス・サッテリーは言います。 「それらを扱うのはかなり難しい。 彼らのゲノムは非常に複雑です。」
Sattelyと彼女のチームは、エトポシドと呼ばれる一般的に使用される化学療法薬の前駆体を生成する、メイアップルと呼ばれるヒマラヤの植物と協力しました。 エトポシドは、リンパ腫、肺がん、精巣がん、およびある種の白血病と脳がんを含むさまざまながんの治療に使用されます。 これは、世界保健機関の必須医薬品のリストに含まれています。医薬品は、医療システムの機能に不可欠と考えられています。 しかし、メイアップルは成長が遅く、需要が高いため供給は長年にわたって減少しています。
Sattelyは、メイアップルの化学的組立ラインが、葉の損傷に反応して起動することを認識しました。 この損傷が発生すると、植物は多くのタンパク質の生産を開始します。 これらのタンパク質のいくつかは、最終的にエトポシドの前駆体を生成します。 しかし、大きな疑問はどのタンパク質でしたか？ 30を超える存在がありましたが、それらのすべてが前駆体の作成に関与しているわけではありませんでした。
「ここで重要だったのは、候補リストを本当に絞り込むことでした」とSattely氏は言います。
彼女と彼女のチームは、どの10個が組立ラインを構成するかがわかるまで、タンパク質のさまざまな組み合わせを試しました。 次に、これらの10のタンパク質を作った遺伝子を別の植物に入れました。 彼らが選んだ植物は、タバコの野生の親NicoであるNicotiana benthamianaでした。これは、広く入手可能で、研究室で育てやすいためです。 ニコチアナ植物は、メイアップルのようにエトポシド前駆体の生産を開始しました。 Sattelyと彼女の大学院生であるWarren Lauは、発見をジャーナルScienceに発表しました。
「これは非常に優れた概念実証です」とSattely氏は言います。
Sattelyは、最終的に酵母などの微生物に同じ分子を生成させ、植物を完全にスキップしたいと考えています。 彼女が成功すれば、彼女は微生物を薬物生産工場に変える方法を見つけた多くの科学者に加わることになるでしょう。 ちょうど今週、ドイツの科学者たちは、遺伝子組み換え酵母が「高」を産生し、化学療法や他の病気の副作用の治療に役立つマリファナの化合物であるTHCを生産したと発表しました。 先月、スタンフォード大学の研究者は、モルヒネに似たオピオイド鎮痛剤であるヒドロコドンを酵母がどのように生成したかを示す結果を発表しました。 ブレークスルーは、そのような薬物をより安く、よりアクセスしやすくする可能性を秘めています。 2013年、バークレーの化学エンジニアは、遺伝子組み換え酵母を駆使して抗マラリア薬を製造しました。
酵母で薬を作ることは、一般的な研究室の植物を使用するよりも簡単で安価です。 サプライ品は信じられないほど安価で生産が容易で、スペースや特別な注意をほとんど必要とせず、無限に操作できます。
「合成生物学の分野では、細胞に細胞を作らせたり、やりたいことをさせたりすることができます」とSattely氏は言います。
しかし、植物とそれらが生産する化学物質から学ぶべきことはまだたくさんあります。 植物の分子生産経路がよりよく理解されるにつれて、科学者はそれらを操作することを学ぶことができ、より少ない副作用でより良い薬を生産する可能性があります。
「植物は自然界で最高の分子工場の一部です」とSattely氏は言います。 「私たちは、人間の健康にとっても植物の健康にとっても非常に重要なこれらの分子について多くを学ぶことができます。」
