Współczesna medycyna coraz częściej zwraca się ku substancjom pochodzenia roślinnego, które wykazują liczne korzyści zdrowotne. Jednak produkcja wielu z tych związków na skalę przemysłową napotyka na poważne trudności. Jednym z przykładów jest artepilina C, substancja o potencjale przeciwdrobnoustrojowym, przeciwzapalnym, antyoksydacyjnym i przeciwnowotworowym. Do tej pory jej źródłem były głównie produkty pszczele, co znacznie ograniczało jej dostępność i podnosiło koszty produkcji. Dzięki nowatorskim badaniom zespołu bioinżynierów z Kobe University pod kierownictwem profesora HASUNUMA Tomohisa, istnieje nadzieja na zmianę tej sytuacji.
Drożdże jako fabryki leków roślinnych
Badacze z Kobe University postanowili zmodyfikować genetycznie drożdże Komagataella phaffii, aby umożliwić im produkcję artepiliny C w dużych ilościach. W odróżnieniu od tradycyjnych drożdży piwowarskich, Komagataella phaffii charakteryzuje się zdolnością do produkcji złożonych substancji roślinnych oraz możliwością wzrostu w większym zagęszczeniu komórek bez wytwarzania alkoholu, który mógłby ograniczać wzrost.
„Aby uzyskać wysokowydajny i niskokosztowy proces produkcji, konieczne było zastosowanie bioinżynierii mikroorganizmów, które mogą być hodowane w fermentorach,” wyjaśnia Hasunuma. Współpraca z Kyoto University, gdzie niedawno odkryto kluczowy enzym odpowiedzialny za produkcję artepiliny C, pozwoliła na wykorzystanie nowo poznanego genu w celu jego ekspresji w drożdżach.
Rekordowa produkcja artepiliny C
Wyniki opublikowane w prestiżowym czasopiśmie ACS Synthetic Biology pokazują, że zmodyfikowane drożdże były w stanie wyprodukować artepilinę C w ilości dziesięciokrotnie większej niż wcześniej osiągano. Naukowcy skoncentrowali się na optymalizacji kluczowych etapów produkcji molekularnej artepiliny C, co przyniosło imponujące rezultaty.
Jednym z wyzwań było zatrzymywanie artepiliny C wewnątrz komórek drożdży, zamiast jej wydzielania do pożywki hodowlanej. Aby temu zaradzić, badacze zwiększyli gęstość hodowli komórek drożdżowych, co wymagało usunięcia niektórych mutacji, które ograniczały wzrost drożdży. Hasunuma wskazuje również na kolejne kroki w badaniach, które mogą jeszcze bardziej zwiększyć wydajność produkcji – poprzez modyfikację enzymu odpowiedzialnego za końcowy etap syntezy lub zwiększenie dostępności prekursorów chemicznych.
Perspektywy przyszłego rozwoju
Jednym z kluczowych aspektów badań zespołu z Kobe University jest możliwość zastosowania zdobytej wiedzy do produkcji innych związków pochodzenia roślinnego. „Istnieją tysiące związków o podobnej strukturze chemicznej, które naturalnie występują w roślinach. Opracowane przez nas metody mogą znaleźć zastosowanie w mikrobiologicznej produkcji tych substancji, co otwiera zupełnie nowe możliwości w medycynie i farmacji,” podkreśla Hasunuma.
Znaczenie badań dla pacjentów
Dlaczego odkrycia te są tak istotne? Produkcja leków roślinnych często wiąże się z wysokimi kosztami i ograniczoną dostępnością surowców. Dzięki możliwości bioinżynieryjnej produkcji tych substancji w drożdżach, pacjenci mogą w przyszłości zyskać szerszy dostęp do skutecznych, naturalnych preparatów o udokumentowanych korzyściach zdrowotnych, takich jak działanie przeciwzapalne i przeciwnowotworowe.
Nowatorskie badania zespołu z Kobe University stanowią przełom w dziedzinie bioinżynierii mikroorganizmów. Dzięki genetycznie zmodyfikowanym drożdżom możliwa jest wydajna produkcja artepiliny C, co może mieć znaczący wpływ na przyszłość medycyny ziołowej i farmacji. Istnieje potencjał do zastosowania tej technologii również w produkcji innych związków roślinnych, co może przyczynić się do rozwoju nowych, bardziej dostępnych terapii dla pacjentów.
Źródło: Kobe University, ACS Synthetic Biology
DOI: 10.1021/acssynbio.4c00472
