Генно-инженерные растения для производства лекарств

Люди давно используют огромное разнообразие лекарственных химических соединений, вырабатываемых растениями. Химики из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology – MIT) нашли новый способ расширить фармакологический «репертуар» растений, заставив их с помощью генной инженерии синтезировать необычные варианты вырабатываемых ими соединений.

Под руководством адъюнкт-профессора Сары O'Коннор (Sarah O'Connor) ученые внедрили гены бактерий в геном растения барвинок, что позволило растению присоединять галогены, такие как хлор или бром, к обычно вырабатываемому им классу соединений – алкалоидам. Многие алкалоиды имеют фармакологические свойства, а галогены, часто добавляемые к антибиотикам и другим лекарствам, могут сделать лекарственный препарат более эффективным и более длительно сохраняющимся в организме.

Главная цель исследователей, алкалоид винбластин, обычно используется для лечения раковых заболеваний, таких как лимфома Ходжкина. O'Коннор рассматривает винбластин и другие препараты, синтезируемые растениями, в качестве платформы, модифицируя которую различными способами можно повысить эффективность препаратов.

«Мы пытаемся использовать биохимические механизмы растений для более простого получения целого ряда различных итераций естественных продуктов», - говорит она. «Модифицировав структуру натуральных продуктов, очень часто можно добиться повышенной биологической и фармакологической активности».

O'Коннор и ее коллеги описали свои генно-инженерные растения на основе барвинка в журнале Nature. Исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения (National Institutes of Health) США и Американским онкологическим обществом (American Cancer Society).

Генно-инженерные методы модификации растений применяются уже давно: в 90-х годах ученые разработали кукурузу, которая могла синтезировать инсектицид Bt, продуцируемый бактериальным геном. Но подход, разрабатываемый O'Коннор, известный как метаболическая инженерия, выходит далеко за рамки простого добавления гена, кодирующего новый белок. Метаболическая инженерия имеет дело с серией реакций, которую организм-хозяин использует для синтеза новых молекул, добавляя гены новых ферментов, изменяющих естественные пути синтеза. Это может привести к огромному разнообразию конечных продуктов.

Большинство специалистов в области метаболической инженерии используют в качестве организма-хозяина бактерии, отчасти потому, что их генами легче манипулировать. Работа O'Коннор с растениями является редким исключением. Она не считает один подход лучше другого, но одним из факторов, заставивших ее обратиться к инженерии растений, стало то, что большинство синтетических путей растений еще не полностью изучено. «Нельзя воссоздать весь синтетический путь растения в бактерии до тех пор, пока у нас нет всех генов», - считает она.

В последнем исследовании O'Коннор и ее студенты заставили клетки корней барвинка экспрессировать гены, кодирующие ферменты, способные присоединять хлор или бром к предшественникам винбластина и других алкалоидов.

Два новых гена были взяты из бактерий, которые обычно синтезируют галогенированные соединения. Сами растения очень редко вырабатывают такие соединения. Можно, хотя это и очень сложно, синтезировать галогенированные алкалоиды и в лаборатории.

Чтобы синтезировать алколоиды, растения сначала превращают аминокислоту триптофан в триптамин. После этого первого этапа требуется еще около десятка реакций, после чего растения могут производить сотни различных конечных продуктов. В новых генно-инженерных растениях бактериальный фермент галогеназа присоединяет атом хлора (или брома) к триптамину. Атом галогена остается связанным с этой молекулой на протяжении всего синтеза.

В будущих работах ученые надеются создать целые растения барвинка, продуцирующие новые соединения. Они работают и над тем, чтобы повысить общий выход синтеза, который пока примерно в 15 раз ниже, чем выработка растением естественно существующего алкалоида.

Источник: www.lifesciencestoday.ru