成本低廉、易基因改造 麵包酵母 可生產抗精障藥物

編譯/韋士塔 |2024.09.28
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麵包酵母可用來生產抗精神障礙藥物。圖/美聯社
抗精神障礙藥物,目前不易大量生產。圖/法新社
研究人員持續探索酵母的應用領域。圖/美聯社
精神障礙患者需要心理和藥物治療。圖/美聯社
酵母成本低廉,且容易進行基因改造。圖/美聯社

編譯/韋士塔

酵母通常用來進行發酵過程,但近來丹麥的研究人員使用麵包酵母(Saccharomyces cerevisiae,又稱釀酒酵母)來生產2種對抗精神障礙藥物的重要化合物,將有可能開啟藥物生產的新篇章。

在醫學領域,生產藥物的重要夥伴是植物,它們能產生多種具有藥用特性的天然化合物;例如,阿斯匹靈的活性成分—水楊酸(salicylic acid)—就取自於柳樹。除了止痛藥劑,由植物產生的化合物阿爾斯通寧(alstonine)及蛇紋石素(serpentine),就具有對抗精神疾病、抗癌與抗瘧疾的效用。

然而,醫學界面臨的一項嚴峻挑戰就是如何大規模生產這些藥物;目前為止,部分藥物的關鍵成分仍然須自植物中提取,但相關技術的門檻極高,產量也相對偏低;研究人員也不斷嘗試以人工方式合成所需成分,但同樣面臨技術、成本和產量方面的考驗。

面對這些障礙,丹麥科技大學(Technical University of Denmark)的研究人員選擇麵包酵母作為製造這些藥物的工具;研究團隊指出,就基因工程而言,麵包酵母是相當理想的選擇,因為麵包酵母的成本低廉,且相對容易進行基因改造,且只需要簡單的環境就能快速生長。

研究團隊說明,酵母通常用來發酵,進而生產麵包、啤酒等產品;發酵過程是在缺氧的情況下分解糖,同時產生二氧化碳、乙醇。研究團隊觀察發酵過程時,並非找尋製作麵包的機會,而是探索利用發酵過程來生產藥用化合物的契機。

研究人員指出,他們讓酵母細胞出現植物基因表現,改變酵母的自然發酵過程。他們把修改過的植物基因置入酵母中,讓酵母把編輯過的基因,視為自己的基因並產生酶(enzyme,又稱酵素,能加快化學反應的速度)。接著,這些酶會進行催化反應,透過一系列步驟產生所需的化合物。

丹麥科技大學的研究團隊已把這項結果發表於《自然化學生物學》(Nature Chemical Biology)期刊,報告指出,這項技術,並不只是從植物中取出一套工具,並將其放入酵母細胞,因為生產阿爾斯通寧及蛇紋石素等化合物的步驟相當複雜。酵素在不同植物上的版本各自不同,為了把植物基因整合到酵母細胞中,研究人員測試了多種酵素,最終才確定哪種酵素產生阿爾斯通寧與蛇紋石素的效率最高。

選定酵素後,研究團隊面臨下一道挑戰,就是證明新方法在製造抗精神障礙藥物方面是否具有實用性,他們必須證明,直接從酵母中生產的阿爾斯通寧能產生治療效果。

研究人員尚未進行人體測試,他們改造酵母菌及哺乳動物細胞,然後使用新技術生產的阿爾斯通寧,成功作用於神經系統中的常見藥物標靶,證明其治療能力;研究團隊表示,他們將繼續發掘麵包酵母的用途,為創造新的自然療法開路。

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