طرفداران آبجوهای خانگی و کارخانههای تقطیر خانگی از قبل میدانند که چگونه از مخمر برای تبدیل شکر به الکل استفاده کنند.
اکنون، مهندسان زیستی با تکمیل مراحل کلیدی مورد نیاز برای تبدیل مخمر تغذیهشده با شکر به یک کارخانه میکروبی برای تولید مورفین و احتمالاً سایر داروها، از جمله آنتیبیوتیکها و داروهای ضد سرطان، بسیار فراتر رفتهاند.
در طول دهه گذشته، تعداد انگشتشماری از آزمایشگاههای زیستشناسی مصنوعی در تلاش بودهاند تا یک مسیر شیمیایی پیچیده ۱۵ مرحلهای در گیاه خشخاش را در میکروبها شبیهسازی کنند تا امکان تولید داروهای درمانی فراهم شود.
تیمهای تحقیقاتی بهطور مستقل بخشهای مختلف مسیر دارویی خشخاش را با استفاده از ... بازسازی کردهاند. باکتری E. coli یا مخمر، اما آنچه تاکنون از قلم افتاده بود، مراحل نهایی بود که به یک موجود زنده اجازه میدهد این کار را از ابتدا تا انتها انجام دهد.
یک چالش قابل انجام
یک مطالعه جدید که به صورت آنلاین در مجله منتشر شده است زیست شناسی شیمی طبیعت نشان میدهد که چگونه محققان با تکرار مراحل اولیه این مسیر در یک گونه مهندسیشده مخمر، بر این مانع غلبه کردهاند. آنها توانستند رتیکولین، ترکیبی در خشخاش، را از تیروزین، مشتقی از گلوکز، سنتز کنند.
جان دوبر، محقق اصلی این مطالعه و استادیار مهندسی زیستی در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، میگوید: «آنچه که واقعاً از دیدگاه تخمیر میخواهید انجام دهید این است که بتوانید گلوکز، که یک منبع قند ارزان است، را به مخمر بدهید و مخمر را وادار کنید که تمام مراحل شیمیایی مورد نیاز در پاییندست برای ساخت داروی درمانی مورد نظر شما را انجام دهد.»
«با مطالعه ما، تمام مراحل شرح داده شده است، و اکنون مسئله پیوند دادن آنها به یکدیگر و افزایش مقیاس فرآیند است. این یک چالش پیش پا افتاده نیست، اما قابل انجام است.»
مسیر خشخاشها
ویژگیهایی که مسیر رشد گیاه خشخاش را تا این حد چالشبرانگیز میکنند، همانهایی هستند که آن را به هدفی جذاب برای تحقیقات تبدیل میکنند.
پیچیده است، اما پایه و اساسی است که محققان میتوانند بر اساس آن داروهای جدید بسازند. آلکالوئیدهای بنزیل ایزوکینولین یا BIAها، دستهای از ترکیبات بسیار فعال زیستی هستند که در خشخاش یافت میشوند و این خانواده شامل حدود ۲۵۰۰ مولکول جدا شده از گیاهان است.
شاید شناختهشدهترین مسیر در مسیر BIA، مسیری باشد که به مواد افیونی مانند کدئین، مورفین و تبائین، پیشساز اکسیکدون و هیدروکودون، منتهی میشود. همه این مواد تحت کنترل هستند. اما مسیرهای مختلف به پاپاورین ضد اسپاسم یا به دیهیدروسانگوینارین، پیشساز آنتیبیوتیک، منتهی میشوند.
ویلیام دلوچه، نویسندهی اصلی مقاله و دانشجوی دکترای مهندسی زیستی، میگوید: «گیاهان چرخههای رشد کندی دارند، بنابراین بررسی کامل تمام مواد شیمیایی ممکن که میتوان از مسیر BIA با مهندسی ژنتیک خشخاش تولید کرد، دشوار است. انتقال مسیر BIA به میکروبها، هزینهی کشف دارو را به طرز چشمگیری کاهش میدهد. ما میتوانیم به راحتی DNA مخمر را دستکاری و تنظیم کنیم و به سرعت نتایج را آزمایش کنیم.»
محققان با استفاده مجدد از آنزیمی از چغندر که به طور طبیعی در تولید رنگدانههای پر جنب و جوش آنها استفاده میشود، میتوانند مخمر را وادار کنند تا تیروزین، یک اسید آمینه که به راحتی از گلوکز مشتق میشود، را به دوپامین تبدیل کند.
پرچم قرمز برای نهادهای نظارتی
با کمک آزمایشگاه وینسنت مارتین، استاد ژنومیک و مهندسی میکروبی در دانشگاه کنکوردیا، محققان توانستند مسیر کامل هفت آنزیمی از تیروزین به رتیکولین را در مخمر بازسازی کنند.
مارتین میگوید: «رسیدن به رتیکولین بسیار مهم است زیرا از آنجا، مراحل مولکولی تولید کدئین و مورفین از رتیکولین قبلاً در مخمر شرح داده شده است. همچنین، رتیکولین یک مرکز مولکولی در مسیر BIA است. از آنجا، میتوانیم مسیرهای مختلف زیادی را برای سایر داروهای بالقوه، نه فقط مواد افیونی، بررسی کنیم.»
محققان میگویند این کشف به طرز چشمگیری زمان را برای زمانی که تولید خانگی مواد مخدر میتواند به واقعیت تبدیل شود، سرعت میبخشد و هشدار میدهند که نهادهای نظارتی و مقامات اجرای قانون باید به این موضوع توجه کنند.
دوبر میگوید: «ما احتمالاً به دنبال یک جدول زمانی چند ساله هستیم، نه یک دهه یا بیشتر، زمانی که مخمر تغذیهشده با شکر بتواند به طور قابل اعتمادی یک ماده کنترلشده تولید کند. اکنون زمان آن رسیده است که در مورد سیاستهایی برای پرداختن به این حوزه تحقیقاتی فکر کنیم. این حوزه به طرز شگفتآوری سریع در حال پیشرفت است و ما باید پیشرو باشیم تا بتوانیم پتانسیل سوءمصرف را کاهش دهیم.»
در تفسیری که منتشر شده است طبیعت و همزمان با انتشار این مطالعه جدید، تحلیلگران سیاسی خواستار تنظیم فوری این فناوری جدید شدند. آنها مزایای فراوان این کار را برجسته میکنند، اما همچنین اشاره میکنند که «افرادی که به گونه مخمر دسترسی دارند و مهارتهای اولیه در تخمیر را دارند، میتوانند مخمر را با استفاده از معادل یک کیت خانگی کشت کنند.»
آنها توصیه میکنند که گونههای مخمر مهندسیشده به مراکز دارای مجوز و محققان مجاز محدود شوند، زیرا تشخیص و کنترل حملونقل غیرقانونی چنین گونههایی دشوار خواهد بود.
دوبر میگوید اگرچه چنین کنترلهایی ممکن است مفید باشند، «نگرانی دیگر این است که وقتی دانش چگونگی ایجاد یک سویه تولیدکننده مواد افیونی به دست آید، هر کسی که در زیستشناسی مولکولی پایه آموزش دیده باشد، میتواند از لحاظ تئوری آن را بسازد.»
یکی دیگر از اهداف تنظیم مقررات، شرکتهایی هستند که توالیهای DNA را سنتز و میفروشند. دلوچه میگوید: «محدودیتهایی در حال حاضر برای توالیهای مرتبط با ارگانیسمهای بیماریزا مانند آبله وجود دارد. اما شاید زمان آن رسیده باشد که به توالیهایی برای تولید مواد کنترلشده نیز نگاهی بیندازیم.»
منبع: دانشگاه کالیفرنیا، برکلی
