اكتشف المهندسون البيولوجيون طريقة لتصنيع النوسكابين، وهو مثبط للسعال غير مخدر، وينتمي إلى عائلة الخشخاش، والذي يحدث بشكل طبيعي في خشخاش الأفيون وخميرة البيرة .
يتم استخدام التكنولوجيا الحيوية والجينية لتصنيع الأدوية المعقدة
لقد اكتشف المهندسون البيولوجيون في جامعة ستانفورد طريقة لصنع النوسكابين، وهو مثبط للسعال غير مخدر والذي يحدث بشكل طبيعي في خشخاش الأفيون وفي خميرة البيرة، حيث أدخل الباحثون 25 جينا غريبا في الفطر ذو الخلية الواحدة، لتحويلها إلى مصنع فعال لإنتاج الدواء، وجاءت العديد من الجينات المدرجة من الخشخاش، لكن العديد منها جاء من نباتات أخرى وحتى من الجرذان، وكل هذه الجينات كانت وصفات للإنزيمات : آلات البروتين التي تعمل معا، والتي يمكنها أن تبني مواد معقدة من مواد ابتدائية بسيطة .
حول الدراسة
قام الباحثون بتعديل بعض جينات النباتات والفئران والخميرة، بالإضافة إلى تحسين الوسط الذي تنتشر فيه الخميرة، لمساعدة كل شيء على العمل بشكل أفضل معًا، وأسفر ذلك عن تحسين إنتاج النوسكابين بمعدل 18000 مرة، مقارنة بما يمكن الحصول عليه بمجرد إدخال جينات النباتات والفئران في الخميرة .
تصريحات كريستينا سمولك
قالت كريستينا سمولك أستاذة الهندسة الحيوية : سوف تغير هذه التكنولوجيا طريقة صناعة الأدوية الأساسية، وستحتاج إلى تحسينات إضافية تصل إلى مائة ضعف من أجل الجدوى التجارية، بحسب ما صرحت. ومع ذلك، يمكن تحقيق الكثير من ذلك من خلال استبدال المفاعلات الحيوية الواسعة بقوارير مختبرية بسيطة. تم نشر هذه الدراسة في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الثاني من أبريل الجاري، وتعد سمولك هي المؤلفة الرئيسية للدراسة وهي عالمة ما بعد الدكتوراه وأستاذة مساعدة في الهندسة الكيميائية والبيئية في جامعة كاليفورنيا – إيرفي .
دواء السرطان
تم اكتشاف قدرة النوسكابين على قمع السعال في عام 1930، وقد استخدم هذا الدواء على نطاق واسع منذ 1960 كدواء للسعال في جميع أنحاء آسيا وأوروبا وأمريكا الجنوبية، وكذلك في كندا وأستراليا وجنوب أفريقيا، والتجارب ما قبل السريرية تشير إلى احتمال أن يكون النوسكابين عقار مضاد للسرطان، مع أقل سمية للخلايا السليمة من العلاج الكيميائي المتاحة حاليا .
مصدر النوسكابين
مصدر النوسكابين الوحيد القابل للتطبيق هو خشخاش الأفيون، حيث يتم استخراج العديد من أطنان النوسكابين سنويا من المصنع، والتي تستغرق سنة كاملة حتى تنضج، في حين أن النوسكابين في حد ذاته غير ضار، فإن احتمالات وجود الخشخاش غير المشروعة تتطلب ضوابط مكلفة وتقييدية، ويمكن زراعة النباتات بطريقة قانونية فقط في منطقة جغرافية مركزية .
نصف إجمالي إنتاج نبات الخشخاش الناتج عن النوسكابين يتم إنتاجه في أستراليا، والباقي يأتي أساسا من الهند وفرنسا وتركيا والمجر، مما يعني أن إنتاج النوسكابين عالميا يتأثر بشكل كبير بالأحداث البيئية والظروف المناخية ونوعية التربة والمغذيات المختلفة، وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب فصل النوسكابين بشكل جيد عن العديد من المواد الجزيئية المصاحبة والمخدرات وغيرها، التي لا توجد في الخميرة .
الخميرة البيرة
تستطيع خلايا الخميرة التي أنتجتها شركة سمولك إنتاج كميات كبيرة من عقار النوسكابين في غضون ثلاثة أو أربعة أيام. حقق الباحثون هذا الإنجاز عن طريق تجميع ثلاثة أقسام منفصلة من مسار تخليق النوسكابين في سلالة واحدة من الخميرة. في البداية، كان إنتاج النوسكابين ضئيلا وفقا لشركة سمولك. قالت الشركة: `حصلنا على أدويتنا بشكل رئيسي من النباتات في الطبيعة. ومع ذلك، تطورت تركيبة الجزيئات النباتية لتحسين بقاء النباتات، وليس لتصنيع دواء واحد نرغب في استخدامه كبشر. بالإضافة إلى ذلك، نقوم بزراعتها في سلالتنا من الخميرة، وهو مفهوم غريب. هناك تشابه كبير بين خلايا الخميرة وخلايا الخشخاش، ولكنهما تختلفان في بعض الجوانب تماما كالأرض والمريخ .
الإنزيمات
يحفز كل إنزيم مجموعته المحدودة من التفاعلات الكيميائية، لذلك يتطلب تركيب المواد الكيميائية المعقدة تواجد مجموعة كاملة من الإنزيمات المختلفة التي تعمل بالتنسيق المثالي مع بعضها البعض في سلسلة إنتاجية. يتم ضمان تكوين كمية كافية فقط من المنتج الوسيط اللازم للحفاظ على انشغال المنتج التالي. وكما هو الحال في حزام ناقل في المصنع، يمكن أن يكون نشاط بعض الإنزيمات ضعيفا جدا أو زائدا عن الحد اللازم. في أي وقت، يمكن أن يتعطل العملية وتحتاج الإنزيمات أيضا إلى إمدادات طاقة، بالإضافة إلى بعض المساعدة من جزيئات إضافية التي قد تكون موجودة في الكائن الحي الأصلي، ولكنها ليست ضرورية في خلية الخميرة .
من بين الأمور الأخرى، يتضمن ذلك الربط بين جينات الفئران التي توجه إنتاج الدوبامين، وهو وسيط رئيسي في تخليق النوسكابين. إن إنتاج الدوبامين في النباتات غير مفهوم بشكل جيد، ولكن بسبب أهمية الدوبامين كمادة كيميائية حاسمة في الجهاز العصبي للحيوان، فإن الإنزيمات المسئولة عن إنتاجه توجد بكثافة في الثدييات. استخدم العلماء تقنية كريسبر، وهي أداة لتحرير الجينات، لتعديل الجينات المدخلة بحيث تعمل الإنزيمات المشفرة بشكل أكثر كفاءة، وذلك في ظروف الحموضة الغريبة والبيئة الأسموزية والتركيب الكيميائي لبيئتهم الجديدة. واستمرت الخميرة في إنتاج مادة كيميائية كانت مستوياتها منخفضة جدا للحفاظ على إنتاج النوسكابين القوي .
براءة الاختراع
قالت سمولك : لم يعد لدينا حدود فيما يمكن أن تقوم به الطبيعة. نحن ندخل عصرا يمكننا فيه استعارة عمليات تصنيع الطب الطبيعي، وباستخدام الهندسة الوراثية، نقوم ببناء مصانع صغيرة مصغرة تنتج ما نشاء. يحمل مكتب ترخيص التكنولوجيا في ستانفورد براءات الاختراع المعلقة على الملكية الفكرية المتعلقة بهذه الدراسة. قامت شركة Antheia Inc، التي تعمل في مجال التكنولوجيا الحيوية ومقرها في مينلو بارك بولاية كاليفورنيا والتي أسسها سمولك في عام 2015، بالحصول على ترخيص التكنولوجيا من جامعة ستانفورد وتعمل الآن على تسويق إنتاج النوسكابين في الخميرة. يجدر بالذكر أن سمولك هو الرئيس التنفيذي في Antheia .