Sejak zaman kuno, pembuat anggur, pembuat bir dan pembuat roti telah memanfaatkan sifat fermentasi ragi untuk roti ragi dan menghasilkan persembahan alkohol. Tapi sekarang, tim ilmuwan di Stanford University telah memodifikasi secara genetik mikroba renaisans ini untuk tujuan unik: memompa penghilang rasa sakit opiat.
Konten terkait
- Sejarah Empat-Ribu Tahun Aspirin
- 11 Alasan untuk Mencintai Bakteri, Jamur dan Spora
- Tingkat Overdosis Heroin AS Hampir Empat Kali Lipat
Meskipun Anda tidak mungkin menemukan opiat di tempat pembuatan bir mikro Anda dalam waktu dekat, hasilnya menunjukkan harapan besar dalam mempercepat proses pembuatan obat-obatan ini, serta membuka pintu untuk penemuan obat-obatan baru.
"Banyak obat-obatan kami dialihkan ke produksi oleh bioteknologi, " kata penulis studi Christina Smolke, seorang profesor bioteknologi di Stanford. "Tumbuhan melakukan biokimia yang sangat canggih untuk membuat senyawa ini, tetapi tantangannya adalah mereka tidak perlu melakukannya secara efisien."
Secara historis, semua obat penghilang rasa sakit opiat telah berasal dari opium poppy, yang secara hukum tumbuh di lokasi seperti Australia, Eropa dan India dan dikirim ke pusat-pusat manufaktur. Senyawa tanaman kemudian diisolasi, dimurnikan dan diubah menjadi obat resep dalam proses yang dapat memakan waktu satu tahun atau lebih dari pertanian ke farmasi.
Seperti halnya produk lain yang bergantung pada tanaman, opiat dapat mengalami serangan hama, kekeringan, perubahan iklim dan variabel lain yang mampu membatasi pembuatan obat-obatan yang dikenal seperti morfin, kodein, oksikodon, dan hidrokodon (lebih dikenal dengan nama merek Vicodin) ). Dengan adanya pembatasan ini, para peneliti ingin mengompres seluruh proses pertanian dan pembuatan menjadi bioreaktor tunggal yang dapat menghasilkan obat penghilang rasa sakit dalam hitungan hari.
"Kami ingin menunjukkan bahwa Anda dapat mengambil proses yang secara tradisional didistribusikan melalui sintesis biologis dan kimia dan mengintegrasikannya sepenuhnya dalam rute sintesis dalam ragi, " kata Smolke.
Ada preseden yang mendorong untuk membuat obat-obatan nabati menggunakan biologi sintetis. Pada 2006, obat anti-malaria artemisinin, yang berasal dari pohon wormwood manis, berhasil diproduksi dari sel ragi yang diubah secara genetik. Proses biosintesis ini berkembang pesat — artemisinin buatan ragi saat ini menyumbang sekitar sepertiga dari pasokan dunia. Dan awal tahun ini, sebuah tim di UC Berkeley merekayasa ragi bir untuk membuat salah satu blok bangunan morfin.
Untuk membujuk ragi mereka ke jalur biokimiawi untuk opiat, para peneliti Stanford pertama-tama harus memecah dan secara genetik menciptakan kembali setiap langkah yang dimungkinkan oleh enzim dalam rantai sintesis yang mengubah tyrosine, asam amino yang dibuat ragi dari gula, menjadi tetesan, sebuah prekursor untuk banyak obat penghilang rasa sakit opioid umum. Para ilmuwan kemudian dapat menyisipkan gen yang diperlukan untuk mengubah hormon menjadi hidrokodon. Tetapi setelah semua pekerjaan konstruksi biokimiawi ini, tim mengalami hambatan teknis — mereka tidak mampu menciptakan jumlah produk opioid yang cukup. Mereka menemukan bahwa ragi salah membaca arah untuk membuat protein yang diperlukan untuk mencapai tahap kunci dalam jalur produksi.
"Kami kemudian harus menulis ulang instruksi untuk bagaimana ragi harus membuat protein sehingga lebih teliti memodelkan bagaimana tanaman itu melakukannya, " kata Smolke. Pada akhir proses, para peneliti telah merekonstruksi sel-sel ragi dengan 23 gen baru dari berbagai organisme, termasuk beberapa spesies tanaman, tikus dan bakteri. Bahkan sekarang, proses keseluruhannya terlalu tidak efisien, membutuhkan lebih dari 4.400 galon ragi untuk menghasilkan satu dosis hidrokodon.
"Dengan perkiraan kami, kami perlu meningkatkan efisiensi proses hingga 100.000 kali agar siap untuk produksi komersial, " kata Smolke, yang timnya melaporkan hasilnya minggu ini di Science . "Tapi kami percaya ini layak dan sudah memulai pekerjaan itu."
Para penulis menunjukkan beberapa manfaat yang akan dihasilkan dari mengoptimalkan proses mereka. Pertama, ini akan secara signifikan mengurangi biaya produksi untuk opiat, menciptakan peluang untuk mencapai sekitar 5, 5 miliar orang yang memiliki akses terbatas ke obat penghilang rasa sakit. Dan karena ini adalah proses yang sepenuhnya mandiri, ia dapat terjadi di mana saja — menghilangkan ketergantungan pada geografi dan iklim sambil memungkinkan pengendalian yang lebih besar dan kontrol kualitas. Sintesis ragi yang terintegrasi juga membebaskan lahan untuk jenis pertanian lainnya — menanam tebu untuk memberi makan ragi membutuhkan luas lahan yang jauh lebih sedikit daripada yang dibutuhkan untuk pertanian opium.
Tetapi mungkin manfaat terbesar dari teknologi ini berasal dari fleksibilitasnya untuk mengeksplorasi senyawa obat baru yang lebih efektif dan memiliki efek samping yang lebih sedikit.
"Orang-orang bekerja pada semua jenis alternatif yang sangat menarik untuk opiat konvensional, " kata Kenneth Oye, seorang profesor ilmu politik dan sistem teknik di Massachusetts Institute of Technology. "Keuntungan besar dari beralih dari teknik produksi tradisional ke jalur ini untuk sintesis dalam ragi adalah bahwa jalur jauh lebih mudah dimodifikasi, memungkinkan untuk sintesis senyawa baru yang lebih mudah."
Tetap saja, membuatnya lebih mudah untuk menghasilkan opiat membawa pertimbangan keselamatan dan penyalahgunaan yang penting.
"Saya tidak berpikir bahwa tekanan yang dikembangkan oleh lab Christina Smolke menimbulkan ancaman besar bagi kesehatan dan keselamatan masyarakat, " kata Oye. Memang, Smolke baru-baru ini menguji kelayakan strain mereka dalam kondisi buatan sendiri dan menemukan bahwa itu tidak menghasilkan opiat. “Tetapi jika seseorang mengembangkan strain ragi dengan jalur yang berubah dari glukosa menjadi heroin dengan efisiensi tinggi, maka Anda memiliki masalah. Ketegangan semacam itu mungkin memiliki potensi untuk opiat buatan sendiri. ”
Oye juga menunjukkan bahwa jika strain ragi seperti itu dikembangkan, kontrol atas distribusi akan sangat sulit. "Ini adalah sesuatu yang dapat direproduksi dengan cukup mudah dan akan sulit untuk mengandung atau mengingat, " katanya. Dia berpendapat bahwa dialog awal sangat penting untuk memastikan tindakan pencegahan teknis dan kebijakan yang aman, seperti rekayasa ragi strain bergantung pada nutrisi yang sulit diperoleh, memasukkan penanda yang dapat membantu dengan deteksi, dan meningkatkan keamanan laboratorium. "Dalam banyak kasus, opsi Anda untuk memitigasi risiko potensial terbatas begitu pekerjaan selesai, " kata Oye.
Smolke setuju, menambahkan: "Saya percaya perlu ada proses deliberatif terbuka untuk membahas masalah nyata dan bagaimana mengembangkan strategi untuk mengurangi risiko ini. Ini tidak hanya tergantung pada teknologi tetapi juga pembuat kebijakan, penegakan hukum dan komunitas medis. Dan jika penelitian ini memicu diskusi tentang itu, saya pikir itu sangat penting. "
