Бактерии E. coli теперь могут вырабатывать группу соединений, обладающих противораковым, анти-ВИЧ, противодиабетическим и противовоспалительным действием. Достижение Университета Кобе стало результатом рациональной стратегии проектирования, которая позволила создать платформу для промышленного производства потенциальных лекарственных препаратов.
Растения вырабатывают множество веществ с многообещающими фармакологическими свойствами. Например, некоторые виды рододендрона вырабатывают класс соединений, называемых меротерпеноидами на основе орселлиновой кислоты, которые обладают выраженным противораковым, анти-ВИЧ, противодиабетическим и противовоспалительным действием. Однако, несмотря на их привлекательность для фармакологических исследований, из-за природного происхождения их производство ненадежно и дорого, а предыдущие попытки микробиологического синтеза основного соединения, орселлиновой кислоты, привели к разочаровывающе низким результатам.
Докторант Университета Кобе Томита Ицуки говорит: «В литературе можно найти множество примеров, когда соединения кажутся многообещающими, но не получают должного развития в ходе оценки или прикладных исследований из-за проблем с поставками. Я начал понимать, что дело не столько в отдельных соединениях, сколько в структурных проблемах, с которыми сталкиваются исследования натуральных продуктов в целом».
Томита работает в группе биоинженера из Университета Кобе Хасунумы Томохисы — это команда экспертов по рациональному конструированию микроорганизмов, таких как кишечная палочка Escherichia coli, для производства широкого спектра соединений. Используя комбинацию методов, включающих внедрение соответствующих генов растений, грибов и бактерий, анализ метаболизма организма и оптимизацию условий культивирования, ученые создали первую платформу, готовую к промышленному производству на основе широко используемой бактерии E. coli.
В журнале Metabolic Engineering биоинженеры опубликовали результаты исследования, согласно которым удалось получить 202 мг орселлиновой кислоты на литр, что в 40 раз превышает показатели, полученные ранее при использовании микроорганизмов. Это не только самый высокий уровень производства на сегодняшний день, но и первый случай, когда основное соединение было получено с помощью E. coli. Томита, первый автор исследования, говорит: «То, что мы воссоздали сложный эукариотический биосинтетический путь в бактерии E. coli, — значительное достижение, хотя раньше считалось, что это невозможно».
Кроме того, группа ученых внедрила еще один ген из рододендрона, который завершил биосинтез фармакологически значимого соединения. В качестве представителя класса фармацевтических препаратов команда Университета Кобе выбрала грифолиевую кислоту — соединение, известное мощными противораковыми и обезболивающими свойствами. И хотя модифицированные бактерии успешно производили целевое соединение, выход продукта был низким, и команда Хасунумы признает необходимость дальнейшей оптимизации производственного процесса.
Хасунума заключает: «Платформа, созданная в ходе исследования, может быть немедленно применена для производства и оценки родственных соединений и их производных. Использованная здесь стратегия рационального проектирования служит базовой технологией для производства различных сложных соединений с помощью E. coli».
[Фото: TOMITA Itsuki / Kobe University]
