ביו-הנדסה E. coli חיידקים יכולים כעת לייצר קבוצה של תרכובות עם פעילות אנטי סרטנית, נוגדת HIV, אנטי סוכרת ואנטי דלקתית. ההישג של אוניברסיטת קובה הוא תוצאה של אסטרטגיית עיצוב רציונלית המניבה פלטפורמה לייצור תעשייתי של מועמדים לתרופות.
צמחים מייצרים חומרים רבים בעלי פעילות פרמקולוגית מבטיחה. לְדוּגמָה, רודודנדרון מינים מייצרים סוג של תרכובות, הנקראות מרוטרפנואידים שמקורם בחומצה אורסלינית, עם פעילות אנטי-סרטנית, נוגדת HIV, אנטי-סוכרת ואנטי-דלקתית יוצאת דופן. עם זאת, למרות האטרקטיביות שלהם למחקר תרופתי, מקורם הטבעי הופך אותם ללא אמינים ויקרים לייצור וניסיונות קודמים לייצור מיקרוביאלי של תרכובת הליבה, חומצה אורסלינית, הגיעו רק לתשואות נמוכות מאכזבות.
ישנן דוגמאות רבות שבהן תרכובות נראות מבטיחות בספרות אך אינן מצליחות להתקדם מספיק בהערכה או במחקר יישומי עקב בעיות באספקה. התחלתי להרגיש שזה פחות בעיה עם תרכובות בודדות ויותר אתגר מבני העומד בפני מחקר מוצרים טבעיים בכללותו".
טומיטה איטסוקי, דוקטורנטית, אוניברסיטת קובי
טומיטה עובדת בקבוצה של מהנדס הביו של אוניברסיטת קובה HASUNUMA Tomohisa, צוות מומחים בתכנון רציונלי של מיקרואורגניזמים, כמו חיידק המעיים Escherichia coliלייצור מגוון רחב של תרכובות. תוך שימוש בשילוב של החדרת גנים מתאימים מצמחים, פטריות וחיידקים, ניתוח חילוף החומרים של האורגניזם ואופטימיזציה של תנאי התרבית, הם יצאו ליצור את פלטפורמת הייצור הראשונה של תרכובות אלו המוכנות לייצור בקנה מידה תעשייתי על בסיס החיידק בשימוש נרחב. E. coli.
ביומן הנדסה מטבוליתהמהנדסים הביו-מהנדסים של אוניברסיטת קובה מפרסמים כעת כי הם השיגו ייצור של 202 מ"ג חומצה אורסלינית לליטר, המייצג שיפור של פי 40 בהשוואה לייצור המיקרוביאלי שדווח בעבר. זו לא רק הייתה רמת הייצור הגבוהה ביותר שהושגה עד כה, זו הייתה גם הפעם הראשונה בה יוצרה תרכובת הליבה E. coli. טומיטה, שהיא המחברת הראשונה של המחקר, אומרת, "זהו הישג משמעותי שיצרנו מחדש מסלול ביו-סינתטי איקריוטי מורכב בחיידק. E. coliמשהו שבעבר נחשב קשה."
בנוסף, הקבוצה הציגה גם גן נוסף מ רודודנדרון שהשלימה את הביוסינתזה של תרכובת רלוונטית מבחינה תרופתית. כנציג של מחלקת התרופות, צוות אוניברסיטת קובה בחר בחומצה גריפולית, תרכובת הידועה בתכונותיה האנטי-סרטניות והמשככות כאבים. ולמרות שהחיידקים שהונדסו יכלו לייצר בהצלחה את תרכובת המטרה, התשואה הייתה נמוכה והצוות של Hasunuma מכיר בצורך לייעל עוד יותר את תהליך הייצור. למעשה, הם כבר זיהו צווארי בקבוק פוטנציאליים שיש לבצע אופטימיזציה במחקרים עתידיים.
אבל המטרות של הקבוצה חורגות הרבה מעבר לזה. הסנומה מסבירה: "בטווח הקצר, הפלטפורמה שהוקמה במחקר זה ניתנת ליישום מיידי לייצור והערכה של תרכובות קשורות ונגזרותיהן. עם זאת, אסטרטגיית התכנון הרציונלית המופעלת כאן משמשת כטכנולוגיה בסיסית לייצור תרכובות מורכבות שונות באמצעות E. coli."
מחקר זה מומן על ידי האגודה היפנית לקידום המדע (תוכנית ליצירת אוניברסיטאות שיא המחקר של יפן (J-PEAKS)) וסוכנות המדע והטכנולוגיה של יפן (מעניקה JPMJGX23B4). זה נערך בשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת Minho ומרכז RIKEN למדעי משאבים בר-קיימא.
