Leki ziołowe trudno jest wytwarzać na skalę przemysłową - nawet, jeśli można je uprawiać na plantacjach. Dlatego pomimo wielu zalet nie są stosowane tak szeroko, jak mogłyby być.

Zespół bioinżynierów z Uniwersytetu w Kobe (Japonia), współpracujących z naukowcami z Uniwersytetu w Kioto i RIKEN Center for Sustainable Resource Science, tak "przestroił" mechanizm komórkowy drożdży, aby można było produkować artepilinę C, substancję pochodzenia roślinnego w zbiorniku fermentacyjnym (fermentorze) w niespotykanych dotąd stężeniach. W ten sposób można by wytwarzać także inne związki pochodzenia roślinnego.

Artepilina C to ziołowy produkt leczniczy o wielu korzystnych efektach dla zdrowia człowieka. Działa między innymi przeciwbakteryjnie, przeciwgrzybiczo, przeciwwirusowo, przeciwutleniająco, przeciwzapalnie i przeciwnowotworowo. Naturalna artepilina znana jest jako aktywny składnik produkowanego przez brazylijskie pszczoły zielonego propolisu, ale wytwarza ją również kilka innych roślin, takich jak pochodząca z Japonii Artemisia capillaris.

Jednak rośliny te produkują artepilinę w niewielkich ilościach, jest zmieszana z wieloma innymi związkami, a jej zawartość w surowcu bywa bardzo różna.

"Aby uzyskać wysokowydajny i tani produkt, pożądane jest jego wytwarzanie w mikroorganizmach poddanych inżynierii biologicznej, które można hodować w fermentorach" - powiedział Hasunuma Tomohisa, bioinżynier z Uniwersytetu Kobe.

Wiąże się to jednak z problemami technicznymi. Przede wszystkim trzeba zidentyfikować enzym, którego roślina używa do produkcji określonego związku.

"Enzym roślinny, który jest kluczowy dla produkcji artepilliny C, został niedawno odkryty przez Yazaki Kazufumi z Uniwersytetu w Kioto. Zapytał nas, czy możemy go użyć do produkcji związku w mikroorganizmach ze względu na nasze doświadczenie w produkcji mikrobiologicznej" — podkreślił Hasunuma.

Następnie zespół próbował wprowadzić gen kodujący enzym do drożdży Komagataella phaffii, które w porównaniu do drożdży piwowarskich są w stanie lepiej wytwarzać składniki tej klasy chemikaliów. Mogą być hodowane przy wyższym zagęszczeniu komórek i nie wytwarzają alkoholu, który ograniczałby ich wzrost.

Zmodyfikowane genetycznie drożdże, dzięki dostrojeniu kluczowych etapów syntezy, wyprodukowały dziesięć razy więcej artepiliny C niż udawało się jej wytworzyć wcześniej.

"Innym interesującym aspektem jest to, że artepilina C nie jest łatwo wydalana do podłoża hodowlanego i ma tendencję do gromadzenia się wewnątrz komórki. Dlatego konieczne było hodowanie komórek drożdży w naszych fermentorach do wysokich gęstości - co osiągnęliśmy, usuwając niektóre mutacje wprowadzone ze względów technicznych, ale które stoją na przeszkodzie gęstemu wzrostowi organizmu" - dodał Hasunuma.

Bioinżynier z Uniwersytetu Kobe ma już pomysły, jak dalej udoskonalić produkcję. Jednym z podejść będzie dalsze zwiększenie wydajności ostatniego i krytycznego etapu chemicznego poprzez modyfikację odpowiedzialnego enzymu lub zwiększenie puli chemikaliów prekursorowych. Innym podejściem może być znalezienie sposobu na transport artepilliny C poza komórkę. "Jeśli uda nam się zmodyfikować transporter, strukturę molekularną, która transportuje substancje chemiczne do i z komórek, tak aby wydalała produkt do medium, jednocześnie zatrzymując prekursory w komórce, moglibyśmy osiągnąć jeszcze wyższe wydajności" — podkreślił Hasunuma.

"Ponieważ w naturze istnieją tysiące związków o bardzo podobnej strukturze chemicznej, istnieje realna możliwość, że wiedzę zdobytą podczas produkcji artepiliny C można zastosować do mikrobiologicznej produkcji innych związków pochodzenia roślinnego" – zaznaczył Hasunuma.

Szczegóły tego procesu opisano w publikacji źródłowej w "ACS Synthetic Biology” (DOI: 10.1021/acssynbio.4c00472). (PAP)

Paweł Wernicki

pmw/ zan/