Теперь опийный мак ― не единственный способ получить опиаты. Учёные «научили» генетически модифицированные дрожжи эффективно производить широкий спектр этих веществ, включая морфин и оксикодон.

Опиаты используются в качестве обезболивающих и для лечения кашля, причём большинство наиболее широко применяемых веществ может быть произведено исключительно из опийного мака.

Спрос на эти препараты всегда был высоким. Проблема в том, что 50% опийного мака для производства данных препаратов выращивается на австралийском острове Тасмания. Его короткий вегетационный период существенно влияет на доступность необходимых веществ.

Пока фармацевтические компании ищут новые места для выращивания мака, Кристина Смок (Christina Smolke) и её коллеги из Стэнфордского университета решили пойти другим путём. Они модифицировали дрожжи таким образом, чтобы получать эти сложные препараты из простых сахаров.

Некоторые опиаты, такие как морфин, производятся маком естественным образом. Другие, например, оксикодон, получаются за счёт химического воздействия одним из природных алкалоидов на химию растения. В данном случае это тебаин.

Ещё в 2008 году Смок изучала влияние ряда генов (в том числе некоторых генов опийного мака) на дрожжи. В ходе экспериментов учёные заставили микроорганизмы превратить простую молекулу сахара в комплекс предшественника опиата – салутаридин (salutaridine). Теперь же изменённые дрожжи подвергаются влиянию таких сложных соединений, как тебаин, и синтезируют «готовую продукцию», в том числе оксикодон.

Для того чтобы реконструировать естественных ход биосинтеза морфина, исследователи вводили в дрожжи специальные генетические конструкции на основе пяти генов. Часть из них была извлечена из опийного мака, а часть ― из генома бактерии Pseudomonas putida. Учёные оптимизировали количество копий и уровень экспрессии данных генов и добились колокализации веществ-предшественников и работающих с ними ферментов. В результате выход опиатов составил приблизительно 131 миллиграмм на литр дрожжевой культуры.

Следующим шагом исследователи планируют научить дрожжи превращать салутаридин в тебаин и завершить путь от сахара к опиату.

Рис. 1. Мак по-прежнему будет удерживать лидирующие позиции, однако теперь это не единственный способ получить опиаты (фото Lite/Wikimedia commons).

По мнению Смок,

преимущества дрожжей перед маком очевидны. Когда система будет завершена, 1000-литровый бак дрожжей сможет производить столько же морфина, сколько гектар поля с маками.

Этот метод также повысит безопасность производства: трудно обеспечить сохранность тысяч акров маковых полей, выращиваемых под открытым небом, а дрожжи будут выращиваться в закрытых бродильных установках и храниться на защищённых объектах.

Также дрожжи дешевле и эффективнее. Возможно, однажды ими удастся заменить растения, хотя поначалу конкурировать с природным опиумом будет сложно (даже несмотря на то, что выращивание мака в некоторых странах запрещено). Однако в будущем исследовательская группа из Стэнфорда надеется наладить производство опиатов, которые по качеству будут превосходить растительные.

Научная статья об этом исследовании была опубликована в журнале Nature Chemical Biology.