Биоинженерные дрожжи и производство растительных лекарств

Производство фитопрепаратов в промышленных масштабах часто сталкивается с большими трудностями. Однако группа ученых в области биоинженерии разработала способ, который позволяет дрожжам синтезировать активные молекулы лекарственных растений в ферментерах с рекордной концентрацией. Этот прорыв также открывает новые перспективы для микробиологического производства других растительных соединений.

Лекарственные растения известны своими положительными воздействиями на здоровье, но их массовое производство зачастую невозможно. Примером является артепиллин С, обладающий антимикробным, противовоспалительным, антиоксидантным и противораковым действием. В настоящее время это соединение получают из продуктов пчелиного производства, что ограничивает его доступность и стоимость. Альтернативным решением стало использование генетически модифицированных микроорганизмов, которые могут выращиваться в лабораторных условиях. Тем не менее, реализация этой идеи связана с рядом технических сложностей.

Артепиллин С — это биологически активное вещество растительного происхождения. Его основным коммерческим источником является бразильский зелёный прополис, но в природе оно также встречается в некоторых растениях, таких как полынь. Однако содержание артепиллина С в этих источниках невелико и нестабильно, а получаемые смеси включают множество других соединений, что делает его промышленное производство крайне сложным.

Для синтеза артепиллина С учёным потребовалось определить ключевой фермент, участвующий в его производстве. Недавно исследователи открыли растительный фермент, который играет решающую роль в биосинтезе этого соединения. После этого они внедрили ген, кодирующий данный фермент, в дрожжи Komagataella phaffii. Эти дрожжи обладают рядом преимуществ: они эффективнее синтезируют соединения данного класса, могут выращиваться при высокой плотности клеток и, в отличие от пивных дрожжей, не продуцируют алкоголь, что улучшает условия для их роста.

Результаты эксперимента показали, что модифицированные дрожжи производят артепиллин С в десять раз больше, чем было возможно ранее. Исследователи достигли этого благодаря тщательной оптимизации всех стадий молекулярного пути синтеза. Ещё одна проблема заключалась в том, что артепиллин С плохо выделяется в питательную среду и накапливается внутри клеток. Поэтому учёным пришлось выращивать дрожжевые клетки до высокой плотности, устраняя мутации, которые препятствовали их росту.

Учёные уже наметили пути для дальнейшего улучшения этого процесса. Один из подходов заключается в модификации ключевого фермента, чтобы повысить эффективность финального этапа синтеза, или в увеличении количества доступных предшественников для реакции. Другой вариант — это создание транспортного механизма, который будет выводить артепиллин С из клеток в питательную среду, одновременно удерживая предшественники внутри клетки. Такая модификация транспортных белков может значительно повысить выход продукта.

Значимость этого исследования выходит далеко за рамки производства артепиллина С. В природе существует множество соединений с похожей химической структурой. Опыт, накопленный в ходе разработки микробиологического синтеза артепиллина С, может быть использован для создания аналогичных методов производства других растительных молекул с высокой ценностью для медицины и фармацевтики.