Lek za rak vinblastine, kao i vincristine, koristi se za lečenje karcinoma, ali, zbog nestašice u leto i jesen 2019. ovih esencijalnih hemoterapeutskih lekova za nekoliko vrsta karcinoma, neki pacijenti morali su da prekinu lečenje. Kako oboleli više ne bi došli u ovakvu situaciju, istraživači sa Technical University of Denmark otkrili su da veštački napravljen pekarski kvasac može da proizvede jedinjenja neophodna za lek vinblastine.
Lek za rak pravljen od katarntusa, kod poznatog kao „Vinka“
Za ova dva leka ne postoje alternative, a pravljeni su od jedinjenja izolovanih iz listova biljke Catharanthus roseus – katarantusa, kod nas poznatog kao „Vinka“. Dva aktivna sastojka iz ove biljke – vindolin i katarantin – zajedno formiraju vinblastin, koji sprečava deobu ćelija raka. Iako je biljka vrlo uobičajena, za proizvodnju 1 g vinblastine leka potrebno je više od 2.000 kg osušenih listova. Nestašica u 2019. koja je trajala do 2021. godine uglavnom je uzrokovana kašnjenjem u isporuci ovih sastojaka.
To je bio povod da međunarodni tim naučnika predvođen istraživačima sa Technical University of Denmark genetski formuliše kvasac za proizvodnju vindolina i katarantina. Takođe su uspeli da prečiste i spoje dva starija jedinjnja kako bi formirali vinblastin. Tako je otkriven novi, sintetički pristup pravljenja ovih lekova, a njihovi rezultati objavljeni su u časopisu Nature.
Pronađeni novi izvori vindolina
Istraživanje može da rezultirati novim izvorima vindolina, katarantina i drugih alkaloida koji su potpuno nezavisni od faktora koji utiču na uzgoj useva, kao što su biljne bolesti i prirodne katastrofe. Budući da su osnovni sastojci za pravljenje ovih jedinjenja pekarski kvasac i jednostavni obnovljivi supstrati, kao što su šećeri i aminokiseline, proizvodnja je takođe manje osetljiva na pandemije i globalne logističke izazove, navode danski istraživači.
– U poslednjih nekoliko godina videli smo slučajeve nedostatka ovih lekova na tržištu. Pojavljuju se sve češće i najverovatnije će se ponoviti u budućnosti. Naravno, predviđamo uspostavljanje novih lanaca snabdevanja za ove i druge molekule. Ovaj rezultat je dokaz koncepta, a još je dug put koji treba preći u smislu povećanja i dalje optimizacije fabrike ćelija kako bi se sastojci proizvodili na isplativ način – objasnio je Jie Zhang, vođa danskog tima istraživača., koji kaže, osim što je ovo prva studija koja je demonstrirala potpuno novi lanac snabdevanja za ove esencijalne lekove za rak, ona prikazuje i najduži biosintetički put, ili tzv. „liniju za sklapanje“, umetnutu u fabriku mikrobnih ćelija.
Vinblastine lek za rak je biološki vrlo aktivan i služi za lečenje različitih bolesti
Vinblastine pripada takozvanim monoterpenskim indol alkaloidima, koji se skraćeni obeležavaju kao MIA. Ova vrsta alkaloida je veoma biološki aktivna i korisna u lečenju različitih bolesti. Međutim, reč je o veoma složenim molekulima i stoga ih je teško sintetički proizvesti, a ova studija imala je za cilj da dokaže da su istraživači to ipak uspeli.
– Kako bismo dokazali izvodljivost mikrobne proizvodnje svih MIA, izabrali smo jednu od najkompleksnijih hemikalija poznatih u hemiji biljaka. Nismo znali kompletan put potreban za proizvodnju vinblastine leka kada smo počeli 2015. Takođe nismo bili svesni nedostataka sa kojima se društvo suočava. Veliki izazov je bio kako programirati jednu ćeliju kvasca sa više od 30 koraka i dalje osigurati da reprogramirana ćelija funkcioniše po potrebi dok je bila u stanju da se održi. To je bio glavni izazov i najveći deo našeg istraživanja, i uopšte nije bilo jednostavno – izjavio je Zhang.
Izvedeno 56 genetskih intervencija kako bi se napravio lek za rak
Naučni tim izvršio je 56 genetskih uređivanja kako bi u pekarski kvasac programirao biosintetički put, koji se sastoji od 31. koraka. Iako je posao bio težak i obiman, naučnici očekuju da će ćelije kvasca biti platforma za proizvodnju više od 3.000 prirodnih monoterpenskih indol alkaloida (MIA) i miliona novih analoga u prirodi u budućnosti.
– U ovom projektu tražili smo nove načine proizvodnje složene hemije koja je neophodna za ljudsko zdravlje, iako tehnologija može da bude korisna i u poljoprivredi i nauci o materijalima. Biotehnologija nudi nešto uzbudljivo jer je hemijsku sintezu teško razmeriti, a prirodni resursi su ograničeni. Verujemo da je potreban treći pristup, a to je fermentacija ili proizvodnja cele ćelije. Linije za sklapanje poznate iz prirode su priključene na mikrobne ćelije i omogućavaju ćelijama da proizvode neke od ovih složenih hemikalija – objasnio je istraživač Michael Krogh Jensen.
