Science：合成生物學壯舉——酵母菌生產阿片類藥物
日期：2015-08-19 10:55:32
這是合成生物學至今最復雜的壯舉之一：一群研究人員將植物，細菌和嚙齒動物基因混合導入酵母菌中。改造過的酵母菌成功地將糖轉化為蒂巴因（thebaine）—嗎啡等強大止痛藥物的前體。該研究團隊還發現，進一步調整過的酵母可以產生氫可酮，一種廣泛使用的，由蒂巴因化學合成的止痛藥。這篇文章發表在最新的Science。
“這是一個重大的里程碑，”Jens Nielsen，瑞典哥德堡查爾姆斯理工大學的合成生物學家評價說，“這項工作展示了合成生物學日益精益地將復雜的代謝途徑轉移到微生物的發展。
通過調整酵母途徑，藥物化學家能夠生產更有效，成癮性更低的阿片類止痛藥的版本。但一些生物政策專家們擔心，制造嗎啡的酵母菌株會被非法的制藥商利用，就如同在家自己釀造啤酒一樣的制造海洛因。這種擔憂使得研究小組的領頭人Christina Smolke—斯坦福大學的合成生物學家，決定在使酵母菌株的產生完整的嗎啡生成途徑之前停止。而藥品制造商可以使用產物蒂巴因做出新的化合物。
合成生物學家此前設計生產青蒿素（抗瘧疾藥物）的酵母菌，但這僅需要插入少數植物的基因。為了讓酵母菌產生蒂巴因，Smolke團隊改造細胞表達一共21個基因，來自多種物種（見圖），而生產氫可酮更需要23個基因。
他們的成功，似乎是在競爭中獲得。去年，Smolke的研究小組就已經報告了工程酵母可以執行蒂巴因到嗎啡轉換的過程。今年四月，Vincent Martin，加拿大Concordia大學的一個微生物學家，和他的同事表示，他們已經改造酵母菌，可以完成更早的中間化合物R-reticuline轉化到嗎啡的過程。幾個星期后，John Dueber，加州大學伯克利分校的合成生物學家，和他的同事宣布他們改造的酵母菌可以進行從葡萄糖到另一中間化合物S-reticuline途徑的前半部分。六月下旬，另外兩組科研隊伍宣布他們確定了一直在尋找的從S-reticuline轉化到R-reticuline需要的酶。即便如此，許多人仍然預言需要幾年時間才能把所有發現拼在一起。而事實證明，早在五月Smolke和她的同事在很大程度上已經完成了這個任務。
Smolke計劃繼續改善這個成果。酵母菌需要將產量增加10萬倍才能引起制藥公司的興趣。這并不容易。但有科學家指出已經有研究人員將酵母制作的青蒿素產出增加了類似的倍數。所以這都可以發生，唯一的問題是如何快速實現。
為了跟上酵母工程的發展，政策專家需要制定新規則，限制工程微生物意外使用的風險。因為是生產阿片類藥物的酵母，規定需要考慮禁止發展菌株生產非法藥物如海洛因，并要求科學家構建相關基因以防止微生物流出實驗室環境。
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