Ученые из Великобритании и Сингапура успешно разработали обычные пекарские дрожжи для производства ключевого ингредиента лекарств от деменции.
Отредактировав геном дрожжей, исследователи из Имперского колледжа Лондона и Национального университета Сингапура (NUS) смогли превратить дружественные грибы в биофабрики по производству химического соединения, называемого D-лизергиновой кислотой (DLA).
DLA — это алкалоид, используемый в лекарствах для лечения слабоумия и болезни Паркинсона, а также мигрени и других неврологических состояний. Подсчитано, что ежегодно производится от 10 до 15 тонн соединения, чтобы удовлетворить глобальный спрос на такие лекарства.
Пересадка генов
В настоящее время DLA получают из экстрактов спорыньи — паразитического грибка, вызывающего заболевания таких культур, как пшеница и рожь. Однако выращивание спорыньи в медицинских целях не является устойчивым, поскольку промышленное сельское хозяйство является одним из крупнейших источников выбросов углерода во всем мире.
В исследовании, посвященном проверке концепции, опубликованном в журнале Nature Communications , исследователи опробовали альтернативный способ производства DLA с использованием дрожжей.
Дрожжи использовались в течение тысяч лет для производства этанола и соединений, улучшающих вкус пива, вина и хлеба. Но микробы также были тщательно изучены учеными, и пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) были одним из первых клеточных организмов, чей геном был секвенирован, что сделало их идеальной моделью для генной инженерии для производства различных соединений.
Проект был совместным проектом Imperial и NUS, в котором участвовала доктор философии. студенты проводят два года, работая в каждом учреждении, чтобы разработать подход. Команда выделила гены, необходимые для производства DLA, из спорыньи и вставила множество их вариаций в геном пекарских дрожжей, чтобы получить дрожжевую клетку, которая могла производить DLA.
Препараты от брожения
С помощью того же процесса ферментации, который использовался для производства пива и хлеба, эти модифицированные грибковые фабрики затем могли питаться сахаром для производства DLA, производя чуть менее 2 мг соединения в 1-литровом реакторе.
По словам исследователей, хотя объемы, полученные в ходе исследования, невелики, подход можно масштабировать до промышленных уровней, что позволит дрожжам производить тонны соединения каждый год.
Профессор Пол Фримонт из отдела инфекционных заболеваний Имперского колледжа Лондона и один из ведущих исследователей исследования сказал, что «дрожжи были ключевой частью человеческой цивилизации на протяжении тысячелетий, помогая нам печь хлеб и варить пиво. … Но наши отношения с этим знакомым микробом развиваются. Благодаря этому захватывающему сотрудничеству мы смогли использовать грибковые клетки, чтобы они действовали как миниатюрные фабрики по производству исходных соединений для лекарств».
«Это пример того, как что-то, казалось бы, маленькое и несущественное, может изменить жизнь людей, предоставляя лекарства, которые позволят нам лучше стареть, и уменьшить воздействие промышленного производства лекарств на окружающую среду».
Адъюнкт-профессор Ю Вэнь Шань с кафедры биохимии NUS Medicine и соруководитель главного исследователя исследования сказал, что «можно производить до пяти тонн DLA в год с использованием текущего штамма дрожжей; и с дальнейшей оптимизацией, уровень коммерческого производства может быть достижим. Это исследование основано на растущем объеме работ, в которых используются микробы, такие как дрожжи , для устойчивого производства лекарств и функциональных пищевых ингредиентов».
