แฟน ๆ ของเบียร์ทำเองและโรงกลั่นในสวนหลังบ้านรู้วิธีใช้ยีสต์เพื่อเปลี่ยนน้ำตาลเป็นแอลกอฮอล์อยู่แล้ว
ตอนนี้ วิศวกรชีวภาพได้ก้าวไปไกลกว่านั้นมากโดยทำตามขั้นตอนสำคัญที่จำเป็นในการเปลี่ยนยีสต์ที่เลี้ยงด้วยน้ำตาลให้เป็นโรงงานผลิตจุลินทรีย์เพื่อผลิตมอร์ฟีนและยาอื่นๆ ที่อาจเป็นไปได้ รวมทั้งยาปฏิชีวนะและการบำบัดต้านมะเร็ง
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ห้องปฏิบัติการสังเคราะห์-ชีววิทยาจำนวนหนึ่งได้ทำงานเพื่อทำซ้ำในจุลินทรีย์ที่มีวิถีทางเคมีที่ซับซ้อน 15 ขั้นตอนในต้นฝิ่นเพื่อให้สามารถผลิตยารักษาโรคได้
ทีมวิจัยได้สร้างส่วนต่างๆ ของเส้นทางยาของดอกป๊อปปี้ขึ้นใหม่โดยใช้ E. coli หรือยีสต์ แต่สิ่งที่ขาดหายไปจนถึงตอนนี้คือขั้นตอนสุดท้ายที่จะช่วยให้สิ่งมีชีวิตตัวเดียวทำงานตั้งแต่ต้นจนจบได้
ความท้าทายที่ทำได้
การศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ออนไลน์ในวารสาร ชีววิทยาเคมีธรรมชาติ แสดงให้เห็นว่านักวิจัยสามารถเอาชนะอุปสรรคดังกล่าวได้อย่างไรโดยการจำลองขั้นตอนแรกๆ ในเส้นทางสู่ยีสต์สายพันธุ์ที่ออกแบบมา พวกเขาสามารถสังเคราะห์เรติคูลีนซึ่งเป็นสารประกอบในงาดำจากไทโรซีนซึ่งเป็นอนุพันธ์ของกลูโคส
"สิ่งที่คุณต้องการทำจากมุมมองการหมักคือการให้น้ำตาลกลูโคสของยีสต์ซึ่งเป็นแหล่งน้ำตาลราคาถูก และให้ยีสต์ทำตามขั้นตอนทางเคมีทั้งหมดที่จำเป็นต่อท้ายน้ำเพื่อผลิตยารักษาโรคเป้าหมาย" John Dueber กล่าว ผู้ตรวจสอบหลักของการศึกษาและผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวภาพที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์
“จากการศึกษาของเรา เราได้อธิบายขั้นตอนทั้งหมดแล้ว และตอนนี้มันเป็นเรื่องของการเชื่อมโยงเข้าด้วยกันและขยายกระบวนการ มันไม่ใช่ความท้าทายเล็กน้อย แต่ก็ทำได้”
เส้นทางป๊อปปี้
คุณสมบัติที่ทำให้เส้นทางของต้นป๊อปปี้มีความท้าทายอย่างมากคือคุณสมบัติเดียวกับที่ทำให้เป็นเป้าหมายที่น่าสนใจสำหรับการวิจัย
มีความซับซ้อน แต่เป็นรากฐานที่นักวิจัยสามารถสร้างการบำบัดแบบใหม่ได้ เบนซิลลิโซควิโนลีน อัลคาลอยด์ หรือ BIAs เป็นสารประกอบที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพสูงที่พบในดอกป๊อปปี้ และตระกูลนั้นรวมถึงโมเลกุลประมาณ 2,500 ตัวที่แยกได้จากพืช
บางทีเส้นทางที่รู้จักกันดีที่สุดในเส้นทาง BIA คือเส้นทางที่นำไปสู่ยาฝิ่น เช่น โคเดอีน มอร์ฟีน และธีเบน ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของออกซีโคโดนและไฮโดรโคโดน ทั้งหมดเป็นสารควบคุม แต่เส้นทางที่แตกต่างกันจะนำไปสู่ antispasmodic papaverine หรือสารตั้งต้นของยาปฏิชีวนะ dihydrosanguinarine
"พืชมีวงจรการเจริญเติบโตที่ช้า ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะสำรวจสารเคมีที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่สามารถสร้างได้จากวิถีทาง BIA โดยพันธุวิศวกรรมของงาดำ" ผู้เขียนนำ William DeLoache นักศึกษาระดับปริญญาเอกด้านวิศวกรรมชีวภาพกล่าว “การย้ายเส้นทาง BIA ไปสู่จุลชีพช่วยลดต้นทุนในการค้นคว้ายาได้อย่างมาก เราสามารถจัดการและปรับแต่ง DNA ของยีสต์ได้อย่างง่ายดายและทดสอบผลลัพธ์อย่างรวดเร็ว”
โดยการนำเอ็นไซม์จากหัวบีตมาใช้ใหม่โดยธรรมชาติในการผลิตเม็ดสีที่มีชีวิตชีวา นักวิจัยสามารถเกลี้ยกล่อมให้ยีสต์เปลี่ยนไทโรซีนซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่ได้จากกลูโคสไปเป็นโดปามีน
ธงแดงสำหรับผู้กำกับดูแล
ด้วยความช่วยเหลือจากห้องทดลองของ Vincent Martin ศาสตราจารย์ด้านจีโนมของจุลินทรีย์และวิศวกรรมที่มหาวิทยาลัยคอนคอร์เดีย นักวิจัยสามารถสร้างวิถีทางเจ็ดของเอนไซม์เต็มรูปแบบจากไทโรซีนไปเป็นเรติคูลีนในยีสต์ได้
"การได้รับ reticuline เป็นสิ่งสำคัญเพราะจากที่นั่นขั้นตอนของโมเลกุลที่ผลิตโคเดอีนและมอร์ฟีนจาก reticuline ได้รับการอธิบายไว้แล้วในยีสต์" Martin กล่าว “นอกจากนี้ เรติคูลีนยังเป็นศูนย์กลางของโมเลกุลในวิถีทางบีไอเอ จากที่นั่น เราสามารถสำรวจเส้นทางต่างๆ มากมายไปยังยาที่มีศักยภาพอื่นๆ ไม่ใช่แค่ยาฝิ่น
นักวิจัยกล่าวว่าการค้นพบนี้ช่วยเร่งความเร็วนาฬิกาได้อย่างมากเมื่อยาที่ผลิตขึ้นเองในบ้านอาจกลายเป็นจริงได้ นักวิจัยกล่าว โดยเตือนว่าหน่วยงานกำกับดูแลและเจ้าหน้าที่บังคับใช้กฎหมายควรให้ความสนใจ
"เราน่าจะดูไทม์ไลน์ของสองปี ไม่ใช่ทศวรรษหรือมากกว่านั้น เมื่อยีสต์ที่เลี้ยงด้วยน้ำตาลสามารถผลิตสารควบคุมได้อย่างน่าเชื่อถือ" Dueber กล่าว “ถึงเวลาแล้วที่จะต้องคิดเกี่ยวกับนโยบายเพื่อจัดการกับงานวิจัยด้านนี้ สนามมีการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วอย่างน่าประหลาดใจ และเราจำเป็นต้องอยู่ข้างหน้าเพื่อที่เราจะได้ลดโอกาสในการละเมิด”
ในคำอธิบายที่ตีพิมพ์ใน ธรรมชาติ และหมดเวลากับการเผยแพร่การศึกษาใหม่ นักวิเคราะห์นโยบายเรียกร้องให้มีการควบคุมเทคโนโลยีใหม่นี้อย่างเร่งด่วน พวกเขาเน้นถึงประโยชน์มากมายของงานนี้ แต่พวกเขายังชี้ให้เห็นว่า "บุคคลที่สามารถเข้าถึงสายพันธุ์ยีสต์และทักษะพื้นฐานในการหมักจะสามารถเติบโตยีสต์ได้โดยใช้ชุด homebrew ที่เทียบเท่ากัน"
พวกเขาแนะนำให้จำกัดสายพันธุ์ยีสต์ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมในสถานที่ที่ได้รับอนุญาตและสำหรับนักวิจัยที่ได้รับอนุญาต โดยสังเกตว่าเป็นการยากที่จะตรวจจับและควบคุมการขนส่งสายพันธุ์ดังกล่าวอย่างผิดกฎหมาย
ในขณะที่การควบคุมดังกล่าวอาจช่วยได้ Dueber กล่าวว่า "ข้อกังวลเพิ่มเติมคือเมื่อความรู้เกี่ยวกับวิธีสร้างสายพันธุ์ที่ผลิตฝิ่นออกไปแล้ว ใครก็ตามที่ได้รับการฝึกอบรมด้านชีววิทยาระดับโมเลกุลขั้นพื้นฐานสามารถสร้างมันขึ้นมาได้ในทางทฤษฎี
เป้าหมายของการควบคุมอีกประการหนึ่งคือบริษัทที่สังเคราะห์และขายลำดับดีเอ็นเอ "มีข้อจำกัดอยู่แล้วสำหรับลำดับที่เชื่อมโยงกับสิ่งมีชีวิตที่ทำให้เกิดโรค เช่น ไข้ทรพิษ" DeLoache กล่าว “แต่อาจถึงเวลาที่เราต้องพิจารณาลำดับการผลิตสารควบคุมด้วย”
