Теперь Элизабет Саттели, доцент кафедры химического машиностроения в Стэнфорде, и ее аспирант Уоррен Лау выделили оборудование для производства широко используемого лекарства от рака из находящегося под угрозой исчезновения растения. Затем они поместили это оборудование в обычную, легко выращиваемую лабораторную установку, которая могла производить химические вещества. Этот метод потенциально может быть применен к другим растениям и лекарствам, создавая менее дорогой и более стабильный источник этих лекарств.
«Люди перемалывали растения в поисках новых химикатов и проверяли их активность в течение очень долгого времени», – сказал Саттели. «Что поразило нас, так это то, что с большим количеством натуральных растительных продуктов, которые в настоящее время используются в качестве лекарств, мы должны выращивать растение, а затем изолировать соединение, и это то, что попадает в организм человека."
В ее работе, опубликованной сент. 10 в журнале Science, Саттели и ее команда использовали новую технику для идентификации белков, которые работают вместе на конвейере молекулярной сборки, чтобы произвести лекарство от рака. Затем ее группа показала, что белки могут производить соединение вне растения – в этом случае они поместили оборудование на другом заводе, но они надеются в конечном итоге произвести лекарство на дрожжах.
Либо растение, либо дрожжи обеспечат контролируемую лабораторную среду для производства лекарства.
Эта работа может привести к новым способам модификации естественных путей производства производных лекарств, которые будут более безопасными или более эффективными, чем природные источники.
«Большие перспективы синтетической биологии заключаются в том, чтобы иметь возможность конструировать пути, которые происходят в природе, но если мы не знаем, что такое белки, то мы даже не можем начать это начинание», – сказал Саттели, который также является член междисциплинарных институтов Stanford Bio-X и Stanford ChEM-H.
Поиск техники
Препарат, на котором Саттели сосредоточился, производится лиственным гималайским растением, которое называется майяблок. Внутри растения ряд белков пошагово работают, создавая химическую защиту от хищников. Эта химическая защита, после нескольких модификаций в лаборатории, становится широко используемым лекарством от рака под названием этопозид.
Исходным материалом для этой химической защиты является безвредная молекула, обычно присутствующая в листе. Когда растение чувствует атаку, оно начинает производить белки, из которых состоит сборочная линия. Один за другим эти белки добавляют что-то химическое здесь, что-то вычитают там, и после последнего молекулярного захвата и складывания безвредный исходный материал превращается в химическую защиту.
Задача заключалась в том, чтобы выяснить, какие из многих белков, обнаруженных в листьях яблони майя, участвуют в этом пути. Саттели начала с осознания того, что белки, которые ей нужно было найти, не всегда присутствовали в листе. «Молекула образуется только тогда, когда лист ранен», – сказала она.
И если молекула образуется только после ранения, белки, образующие эту молекулу, вероятно, также находятся только после раны.
Затем возник вопрос: «Какие молекулы остаются после ранения??"Саттелий сказал.
Оказывается, после повреждения листа растения появился 31 новый белок. Саттели и ее команда объединили различные комбинации этих белков, пока в конечном итоге не нашли 10, которые составили полную сборочную линию.
Они поместили гены, из которых состоят эти 10 белков, в обычное лабораторное растение, и это растение начало производить химическое вещество, которое они искали.
Препараты из дрожжей
Конечная цель – это не просто перенос молекулярного оборудования с завода на завод. Теперь, когда она доказала, что молекулярный механизм работает вне завода, Саттели хочет поместить белки в дрожжи, которые можно выращивать в больших чанах в лаборатории, чтобы обеспечить стабильный источник лекарств.
Производство лекарства на дрожжах также обеспечивает некоторую гибкость, которой нет при выделении лекарства из растений.
«Мы можем использовать только то, что дает нам растение», – сказал Саттели.
В дрожжах ученые могут модифицировать гены, чтобы производить белки с немного разными функциями. Например, они могут подавить немного больше химического вещества или добавить немного большую боковую цепь, или слегка изменить функцию возможного лекарства.
Также можно скармливать дрожжам немного другой исходный продукт, тем самым изменяя химикат, который производит молекулярная сборочная линия. Эти подходы позволят улучшить существующие лекарства в целях их улучшения.
Саттели сказал, что эта работа является хорошим примером того, как химия может быть применена к проблемам здоровья человека, что является целью Stanford ChEM-H. Она считает, что метод, который она разработала, чтобы найти путь в яблоке, может быть применен к широкому спектру других растений и лекарств.
«Мои интересы на самом деле связаны с выявлением новых молекул и путей метаболизма растений, которые важны для здоровья человека», – сказала она.