연구원들은 항암제 탁솔의 저비용 생산을 위해 미생물을 조작합니다
연구원들은 항암제 탁솔의 저비용 생산을 위해 미생물을 조작합니다
Anonim

Tufts 대학의 MIT 연구원과 공동 작업자는 이제 원래 태평양 주목 나무 껍질에서 분리된 항암제 Taxol의 전구체인 중요한 화합물을 대량으로 생산하도록 E. coli 박테리아를 조작했습니다. 나무의 박테리아는 다른 어떤 미생물 균주보다 탁사디엔으로 알려진 전구체를 1,000배 더 많이 생산할 수 있습니다.

Science 10월 1일자에 기술된 이 기술은 Taxol의 제조 비용을 낮추고 과학자들이 암 및 고혈압 및 알츠하이머병과 같은 기타 질병에 대한 잠재적인 신약을 발견하는 데 도움이 될 수 있다고 MIT 팀을 이끈 Gregory Stephanopoulos가 말했습니다. 및 Tufts 연구원이며 이 논문의 수석 저자 중 한 명입니다.

스테파노풀로스(Stephanopoulos)는 "탁솔을 훨씬 저렴하게 만들 수 있다면 좋지만, 사람들을 정말로 흥분시키는 것은 새로운 의약품이 감소하고 약물 개발 비용이 급격히 증가하는 시대에 다른 치료 화합물을 발견하기 위해 우리 플랫폼을 사용할 가능성입니다"라고 말했습니다., WH MIT 화학공학과 다우 교수.

파클리탁셀이라고도 알려진 탁솔은 난소암, 폐암 및 유방암 치료에 일반적으로 사용되는 강력한 세포 분열 억제제입니다. 그것은 또한 매우 비쌉니다. 그 복용량을 제조하는 비용은 단지 몇 백 달러에 불과하지만 복용량당 약 $10,000입니다. (환자는 일반적으로 1회 용량을 받습니다.)

한 명의 환자를 치료할 수 있는 충분한 탁솔을 얻으려면 2~4그루의 태평양 주목 나무가 필요하므로 1990년대에 생명공학자들은 배양된 식물 세포에서 또는 바늘과 같은 식물 재료에서 핵심 중간체를 추출하여 실험실에서 생산하는 방법을 고안했습니다. 주목의 집합입니다. 이러한 방법은 환자에게 충분한 물질을 생성하지만 암 및 기타 질병을 치료하는 데 훨씬 더 강력할 수 있는 변이체를 합성하기에 충분한 양을 생성하지 않습니다. 유기화학자들은 실험실에서 탁솔 합성에 성공했지만, 이 방법들은 35~50단계가 필요하고 수율이 매우 낮아 경제적이지 않다. 또한 그들은 식물과 다른 경로를 따르므로 경로 중간체를 생성하고 이를 변경하여 새롭고 잠재적으로 더 강력한 변이를 만드는 것이 불가능합니다.

스테파노풀로스(Stephanopoulos)는 "자연을 모방함으로써 우리는 이제 식물이 만드는 중간체를 생산하기 시작할 수 있으므로 사람들이 그것들을 보고 치료 특성이 있는지 확인할 수 있습니다"라고 말했습니다. 또한, 그들은 다른 질병에 대한 치료 특성을 가질 수 있는 이러한 중간체의 변이체를 합성할 수 있습니다.

탁솔을 생성하는 복잡한 대사 순서는 적어도 17개의 중간 단계를 포함하며 완전히 이해되지 않았습니다. 팀의 목표는 처음 두 개의 탁솔 중간체인 탁사디엔과 탁사디엔-5-알파-올의 생산을 최적화하는 것이었습니다. 대장균은 자연적으로 탁사디엔을 생성하지 않지만 탁사디엔에서 두 단계 떨어진 IPP라는 화합물을 합성합니다. 이 두 단계는 일반적으로 식물에서만 발생합니다. MIT 박사후 과정 동료인 Ajikumar Parayil은 보다 효율적인 생산의 열쇠는 잠재적으로 독성이 있는 중간체가 축적되지 않도록 하는 잘 통합된 경로라는 것을 인식했습니다. 이를 달성하기 위해 연구자들은 대장균을 조작하여 탁사디엔을 생산하는 두 가지 접근 방식을 취했습니다.

첫째, 팀은 8단계로 구성된 IPP 경로에 초점을 맞추고 그 중 4개 반응이 합성의 병목 현상이라고 결정했습니다. 즉, 해당 단계에서 효소가 충분하지 않아 전체 프로세스가 느려집니다. 그런 다음 Parayil은 이 4가지 유전자의 여러 복사본을 발현하도록 박테리아를 조작하여 병목 현상을 제거하고 IPP 생산 속도를 높였습니다.

E. coli가 IPP를 탁사디엔으로 전환하도록 하기 위해 연구자들은 박테리아에서 기능하도록 변형된 두 개의 식물 유전자를 추가했는데, 이 유전자는 반응을 수행하는 데 필요한 효소를 암호화합니다. 그들은 또한 가장 효율적인 조합을 찾기 위해 유전자 사본의 수를 다양화했습니다. 이 방법을 통해 연구자들은 조작된 대장균을 사용하여 다른 연구자들이 달성한 수준보다 탁사디엔 생산을 1,000배, 그리고 두 개의 필요한 식물 유전자를 추가했지만 수행한 대조군 균주보다 15,000배 더 높은 탁사디엔 생산을 높일 수 있었습니다. 두 경로 모두의 유전자 발현을 최적화하지 않습니다.

탁사디엔 합성에 이어, 연구자들은 탁솔 합성을 위한 또 하나의 중요한 단계인 탁사디엔을 탁사디엔 5-알파-올로 전환함으로써 경로를 발전시켰습니다. 탁사디엔-5-알파-올이 미생물에서 생산된 것은 이번이 처음입니다. 탁솔이 화학적으로 합성될 수 있는 중간체인 바카틴 III의 합성을 달성하기 전에 가야 할 몇 가지 단계가 더 있습니다. 과학 논문의 저자이자 Tufts의 화학 및 생물 공학 조교수인 Blaine Pfeifer는 "이것은 첫 번째 단계에 불과하지만 매우 유망한 개발이며 이러한 접근 방식과 잠재력을 확실히 뒷받침합니다."라고 말했습니다.

연구원들이 탁솔 합성을 달성했으므로 탁솔을 생성하려면 아직 15~20단계가 더 남아 있습니다. 이 연구에서 그들은 첫 번째 단계를 수행할 수 있음을 보여주었습니다.

Stephanopoulos와 Pfeifer는 이 기술이 궁극적으로 Taxol을 제조하는 데 사용될 수 있다면 약물 1g을 생산하는 비용을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대합니다. 연구원들은 또한 이러한 박테리아를 사용하여 향수, 향료 및 화장품과 같은 다른 유용한 화학 물질을 만드는 실험을 할 수 있다고 Pfeifer는 말했습니다.

새로운 기술의 개발은 싱가포르-MIT 연합, 국립 보건원 및 암 연구를 위한 밀하임 재단 보조금의 자금 지원을 받았습니다. MIT는 E. coli의 기술과 새로운 변종에 대한 특허를 출원했으며 연구원들은 이 기술을 라이선스하거나 상업화하기 위해 새로운 회사를 설립하는 것을 고려하고 있다고 Stephanopoulos가 말했습니다.

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