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 синтезируют большое количество соединений, обладающих потенциально полезными фармакологическими свойствами. К примеру, некоторые виды рододендрона производят меротерпеноиды, основанные на орселлиновой кислоте, которые демонстрируют заметную противораковую активность, подавляют ВИЧ, оказывают антидиабетический и противовоспалительный эффект. Тем не менее, несмотря на их перспективность для фармакологических исследований, природное происхождение этих веществ делает их производство нестабильным и затратным, а ранние попытки микробного синтеза ключевого компонента – орселлиновой кислоты – не принесли удовлетворительных результатов.
По словам Томиты Ицуки, докторанта Университета Кобе, в литературе часто встречаются случаи, когда многообещающие соединения не доходят до этапа полноценной оценки или практического применения из-за трудностей с их получением. Он пришел к выводу, что основной проблемой являются не отдельные соединения, а системные трудности, характерные для исследований натуральных продуктов».
Томита присоединился к группе биоинженеров из Университета Кобе под руководством Томохисы Хасунумы. Эта команда состоит из специалистов, занимающихся целенаправленным созданием микроорганизмов, например, бактерии Escherichia coli (кишечная палочка Escherichia coli, что позволяет синтезировать разнообразные соединения. Благодаря комплексному подходу, который включает в себя введение специфических генов, заимствованных у растений, грибов и бактерий, изучение метаболических процессов и совершенствование условий выращивания, исследователям удалось разработать первую платформу, подготовленную к масштабному промышленному производству с использованием распространенной 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, отмечает: «Нам удалось воспроизвести сложный биосинтетический путь, характерный для эукариотических организмов, в бактериальной клетке E. coli, — это является заметным успехом, несмотря на то, что ранее существовало мнение о невозможности его достижения».
Помимо этого, исследователи включили в геном еще один ген, взятый из рододендрона, что позволило завершить биосинтез соединения, представляющего интерес для фармацевтики. Специалисты из Университета Кобе выбрали в качестве примера из числа лекарственных средств грифолиевую кислоту – вещество, обладающее выраженными противоопухолевыми и болеутоляющими качествами. Несмотря на то, что измененные бактерии смогли синтезировать необходимое соединение, его количество оказалось недостаточным, и команда Хасунумы считает необходимым продолжить совершенствование процесса производства.
Хасунума заключает: «Разработанная в рамках исследования платформа способна сразу же применяться для синтеза и анализа схожих соединений, а также их производных. Примененная здесь методика целенаправленного конструирования является основой технологии для создания разнообразных сложных соединений посредством E. coli».
[Фото: TOMITA Itsuki / Kobe University]