एक आनुवंशिक रूप से संशोधित खमीर दर्द निवारक में चीनी को बदल देता है

प्राचीन काल से, वाइनमेकर, ब्रूअर्स और बेकर्स ने खमीर की किण्वन गुणों को कम करने के लिए ब्रेड को पकाकर और अल्कोहल का उत्पादन किया है। लेकिन अब, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों की एक टीम ने आनुवंशिक रूप से इस पुनर्जागरण सूक्ष्म जीव को एक अद्वितीय उद्देश्य के लिए संशोधित किया है: ऑपियेट दर्द निवारक पंप।

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हालांकि आपको कभी भी अपने स्थानीय माइक्रोब्रैरी में किसी भी ओपियेट्स को खोजने की संभावना नहीं है, परिणाम इन दवाओं के निर्माण की प्रक्रिया को तेज करने के साथ-साथ नई दवाओं की खोज के लिए दरवाजे खोलने में बहुत अच्छा वादा दिखाते हैं।

स्टैनफोर्ड में बायोइंजीनियरिंग की एसोसिएट प्रोफेसर, लेखक क्रिस्टीना स्मोलके कहती हैं, "बायोटेक्नोलॉजी द्वारा हमारी कई दवाओं को उत्पादन में स्थानांतरित किया जा रहा है।" "पौधे इन यौगिकों को बनाने के लिए वास्तव में परिष्कृत जैव रसायन करते हैं, लेकिन चुनौती यह है कि वे इसे कुशलता से नहीं करते हैं।"

ऐतिहासिक रूप से, सभी अफीम दर्द निवारक अफीम अफीम से ली गई है, जो कानूनी रूप से ऑस्ट्रेलिया, यूरोप और भारत जैसे स्थानों में उगाई जाती है और विनिर्माण केंद्रों में भेज दी जाती है। संयंत्र यौगिकों को तब अलग किया जाता है, परिष्कृत किया जाता है और एक ऐसी प्रक्रिया में पर्चे की दवाओं में परिवर्तित किया जाता है जो खेत से फार्मेसी में एक वर्ष या उससे अधिक समय ले सकती हैं।

किसी भी अन्य फसल-निर्भर उत्पाद की तरह, ओपियेट्स कीट के संक्रमण, सूखे, जलवायु में परिवर्तन और अन्य चर जैसे कि मार्फीन, कोडीन, ऑक्सीकोडोन और हाइड्रोकार्बन जैसी परिचित दवाओं के निर्माण को सीमित करने में सक्षम हो सकते हैं। )। इन प्रतिबंधों को देखते हुए, शोधकर्ता पूरी खेती और विनिर्माण प्रक्रिया को एक एकल बायोरिएक्टर में संपीड़ित करना चाहते थे जो कुछ ही दिनों में दर्द निवारक का उत्पादन कर सकते थे।

"हम यह दिखाना चाहते थे कि आप एक ऐसी प्रक्रिया ले सकते हैं जो पारंपरिक रूप से जैविक और रासायनिक संश्लेषण दोनों में वितरित की जाती है और इसे पूरी तरह से खमीर में एक संश्लेषण मार्ग के भीतर एकीकृत करती है, " स्मोलके कहते हैं।

सिंथेटिक जीव विज्ञान का उपयोग कर पौधे आधारित दवाओं के निर्माण के लिए प्रोत्साहित करने वाली मिसालें मौजूद हैं। 2006 में, मीठे कृमि के पेड़ से निकाली गई मलेरिया रोधी दवा आर्टीमिसिनिन को आनुवंशिक रूप से परिवर्तित खमीर कोशिकाओं से सफलतापूर्वक उत्पादित किया गया था। इस जैवसंश्लेषण प्रक्रिया का तेजी से विस्तार हुआ-वर्तमान में खमीर निर्मित आर्टीमिसिनिन दुनिया की आपूर्ति का लगभग एक तिहाई है। और इस साल की शुरुआत में, यूसी बर्कले की एक टीम ने शराब बनाने वाले के खमीर को मॉर्फिन के बिल्डिंग ब्लॉक्स में से एक बनाने के लिए इंजीनियर किया।

ऑपियेट्स के लिए अपने खमीर को बायोकेमिकल मार्ग से नीचे ले जाने के लिए, स्टैनफोर्ड शोधकर्ताओं को पहली बार टूटना पड़ा और आनुवंशिक रूप से संश्लेषण श्रृंखला में प्रत्येक एंजाइम-सक्षम चरण को फिर से बनाना पड़ा जो कि टाइरोसिन को परिवर्तित करता है, एक अमीनो एसिड खमीर चीनी से बनाता है, tobaine, कई आम opioid दर्द निवारक के लिए अग्रदूत। वैज्ञानिकों ने जीन को हाइड्रोडोडोन में परिवर्तित करने के लिए आवश्यक जीन को सम्मिलित किया। लेकिन इस सभी जैव रासायनिक निर्माण कार्य के बाद, टीम एक तकनीकी बाधा में चली गई - वे पर्याप्त मात्रा में ओपिओइड उत्पाद बनाने में असमर्थ थे। उन्हें पता चला कि यीस्ट उत्पादन लाइन में एक प्रमुख चरण तक पहुंचने के लिए प्रोटीन को आवश्यक बनाने के निर्देशों का गलत इस्तेमाल कर रहा है।

स्मोल्के कहते हैं, "हमें तब यह निर्देश देना पड़ा कि खमीर को कैसे प्रोटीन बनाना चाहिए, ताकि यह अधिक बारीकी से पता लगाए कि संयंत्र कैसे कर रहा है।" इस प्रक्रिया के अंत तक, शोधकर्ताओं ने विभिन्न प्रकार के जीवों से 23 नए जीनों के साथ खमीर कोशिकाओं को फिर से संगठित किया था, जिसमें कई पौधों की प्रजातियां, चूहे और बैक्टीरिया शामिल थे। अब भी, हालांकि, समग्र प्रक्रिया बहुत ही अक्षम है, जिसके लिए 4, 400 गैलन से अधिक खमीर हाइड्रोकोडोन की एक खुराक का उत्पादन करने की आवश्यकता होती है।

"हमारे अनुमान से, हमें व्यावसायिक उत्पादन के लिए तैयार होने के लिए प्रक्रिया की दक्षता में 100, 000 गुना तक सुधार करने की आवश्यकता होगी, " स्मोल्के कहते हैं, जिनकी टीम विज्ञान में इस सप्ताह के परिणामों की रिपोर्ट करती है। "लेकिन हम मानते हैं कि यह संभव है और पहले से ही उस काम को शुरू कर दिया है।"

लेखक कई लाभ बताते हैं जो उनकी प्रक्रिया को अनुकूलित करने के परिणामस्वरूप होगा। सबसे पहले, यह opiates के लिए विनिर्माण लागत को काफी कम कर देगा, अनुमानित 5.5 बिलियन लोगों तक पहुंचने के अवसर पैदा करेगा जिनके पास दर्द दवाओं तक सीमित पहुंच है। और क्योंकि यह एक पूरी तरह से स्व-निहित प्रक्रिया है, यह कहीं भी जगह ले सकता है - अधिक नियंत्रण और गुणवत्ता नियंत्रण को सक्षम करते हुए भूगोल और जलवायु पर निर्भरता को हटा सकता है। एकीकृत खमीर संश्लेषण भी अन्य प्रकार की खेती के लिए भूमि को मुक्त करता है - खमीर को खिलाने के लिए बढ़ते गन्ने को खसखस ​​के लिए आवश्यक भूमि की तुलना में बहुत कम भूमि क्षेत्र लगता है।

लेकिन शायद इस तकनीक का सबसे बड़ा लाभ इसके लचीलेपन से नए औषधीय यौगिकों का पता लगाने के लिए आता है जो अधिक प्रभावी हैं और कम दुष्प्रभाव हैं।

मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में राजनीति विज्ञान और इंजीनियरिंग सिस्टम के एसोसिएट प्रोफेसर केनेथ ओये कहते हैं, "लोग पारंपरिक ओपियेट्स के सभी दिलचस्प विकल्पों पर काम कर रहे हैं।" "खमीर में संश्लेषण के लिए इन मार्गों के लिए पारंपरिक उत्पादन तकनीकों से आगे बढ़ने का बड़ा फायदा यह है कि नए यौगिकों के आसान संश्लेषण के लिए मार्ग बहुत अधिक आसानी से संशोधित किए जाते हैं।"

फिर भी, opiates का उत्पादन करना आसान बनाने से महत्वपूर्ण सुरक्षा और दुरुपयोग के विचारों का वहन होता है।

राई कहते हैं, "मुझे नहीं लगता कि क्रिस्टीना स्मोलके लैब द्वारा विकसित तनाव सार्वजनिक स्वास्थ्य और सुरक्षा के लिए एक बड़ा खतरा है ।" दरअसल, स्मोलके ने हाल ही में घर-काढ़ा की स्थिति के तहत अपने तनाव की व्यवहार्यता का परीक्षण किया और पाया कि यह ओपिएट्स का उत्पादन नहीं करता था। “लेकिन अगर किसी को उच्च दक्षता के साथ ग्लूकोज से हेरोइन के लिए जाने वाले मार्ग के साथ खमीर का एक तनाव विकसित करना था, तो आपको एक समस्या है। इस तरह के तनाव से घर में शराब बनाने वालों की क्षमता बढ़ सकती है। ”

ओए भी बताते हैं कि यदि इस तरह के खमीर का विकास किया गया था, तो वितरण पर नियंत्रण बेहद मुश्किल होगा। "यह एक ऐसी चीज है जिसे काफी आसानी से पुन: पेश किया जा सकता है और इसे रखना या याद रखना मुश्किल होगा, " वे कहते हैं। उनका तर्क है कि सुरक्षित तकनीकी और नीतिगत सावधानियों को सुनिश्चित करने के लिए शुरुआती बातचीत आवश्यक है, जैसे कि इंजीनियरिंग खमीर उपभेदों को पोषक तत्वों पर निर्भर होना मुश्किल है, मार्करों को सम्मिलित करना जो पहचानने में मदद कर सकते हैं, और प्रयोगशाला सुरक्षा में वृद्धि कर सकते हैं। "कई उदाहरणों में, संभावित जोखिम को कम करने के लिए आपके विकल्प काम पूरा होने के बाद सीमित हैं, " ओए कहते हैं।

स्मोलके सहमत हैं, "मेरा मानना ​​है कि वास्तविक चिंताओं पर चर्चा करने और इन जोखिमों को कम करने के लिए रणनीतियों को विकसित करने के लिए एक खुली विचार-विमर्श प्रक्रिया होने की आवश्यकता है। यह केवल तकनीक पर निर्भर नहीं है, बल्कि नीति निर्माता, कानून प्रवर्तन और चिकित्सा समुदाय भी है। और अगर यह शोध उस चर्चा को उत्प्रेरित करता है, तो मुझे लगता है कि यह वास्तव में महत्वपूर्ण है। "