Særlige enzymer fra planter kan producere værdifulde lægemidler og kemikalier, når de indsættes i bakterier, viser ny forskning. Både malaria-, kræft- og psoriasismedicin kan produceres ved hjælp af denne teknologi.
P450. Det kan måske lyde som en ny type jagerfly. Men i virkeligheden er det en familie af højt specialiserede enzymer. I planter fører P450-enzymer en slags ”kemisk krigsførelse”, fordi de producerer giftstoffer. Giften resulterer fx i, at dyr – der måske overvejede at spise planten – i stedet går langt udenom.
P450-enzymer fra planter har de seneste år fået mere opmærksomhed i biotek-industrien, fordi enzymerne kan "udsmykke" simple kemikalier med særlige kemiske sidegrupper og på den måde forvandle dem til værdifulde lægemidler, smagsstoffer – som fx vanillin i vanilje – og duftstoffer. I dag udvindes mange af disse molekyler fra planter eller produceres ved hjælp af kompliceret kemisk syntese.
Indtil nu har forskerne kun haft held med at få bakterier til at producere små mængder produkt ved at introducere P450-enzymer i bakteriernes arvemasse.
I en ny undersøgelse overførte en gruppe forskere fra The Novo Nordisk Fonden Center for Biosustainability på DTU P450-gener fra planter til bakterien E. coli for at teste, om bakterierne kunne producere enzymerne og i hvor store mængder:
"Vi var i stand til at vise, at vi kan producere mere P450 enzym og dermed mere af de ønskede kemikalier i E. coli end nogensinde før," siger postdoc Dario Vazquez Albacete fra DTU Biosustain.
Bakterier er effektive medicinfabrikker
Grunden til at forskerne forsøger at få bakterier til at producere de eftertragtede plante-enzymer er, at bakterier hurtigt kan producere store mængder af et ønsket stof, hvorimod en plante måske skal vokse adskillige år og flere meter, før den begynder at danne smagsstoffet eller lægemidlet.
"Hvis vi kan producere disse plantemolekyler i bakterier i store mængder, kan den farmaceutiske industri snart undgå at bruge planter eller olie til produktionen, som det ofte er tilfældet i dag," siger Dario Vazquez Albacete.
Forskningen er for nylig blevet offentliggjort i tidsskriftet Biotechnology and Bioengineering og i Phytochemistry.
Udtrykte 50 enzymer i store mængder
""Hvis vi kan producere disse plantemolekyler i bakterier i store mængder, kan den farmaceutiske industri snart undgå at bruge planter eller olie til produktionen, som det ofte er tilfældet i dag"
postdoc Dario Vazquez Albacete, DTU Biosustain
For at bakterierne kunne udtrykke enzymerne ordentligt, skulle DNA-koden ændres. Forskerne formåede at udvikle en værktøjskasse af ”hjælper-DNA-koder” og dermed udtrykke 50 plante-P450-enzymer i E.coli i store mængder.
Nogle af de afprøvede P450-enzymer er involveret i produktionen af det naturlige stof kaldet ingenol. Dette præparat kan behandle psoriasis og produceres i øjeblikket ved traditionel kemisk syntese ud fra olie. Lignende P450-enzymer er medansvarlige for produktionen af et stof kaldet taxol, som virker kræfthæmmende.
I fremtiden kan den nye ”værktøjskasse” således potentielt anvendes til at fremstille lægemidler såsom ingenol og taxol i bakterier.
Målet er at producere plante-kemikalier
Planter producerer en lang række interessante molekyler, der beskytter dem mod Solen, mod rovdyr, mod at dehydrere osv. Mange af molekylerne bygges af P450-enzymer, men i dag kender man kun funktionen af meget få enzymer.
"Jo flere P450’ere vi kender funktionen af, jo mere sandsynligt er det, at vi opdager nye aktive produkter, som måske har nye gavnlige egenskaber," siger Dario Vazquez Albacete.
- Forskerne kontrollerede udtrykkelsen – det vil sige hvor meget af det givne enzym bakterien udtrykte – ved at splejse P450-genet sammen med genet for grønt fluorescerende protein (GFP). På den måde lyste enzym-komplekset op i UV-lys og lysmængden afspejlede direkte mængden af P450.
- Mængden af slutprodukt var ikke direkte proportional med mængden af enzym, som følge af flaskehalse i reaktionerne.
- For at teste mængden af slutproduktet, mærkede forskerne substratet (dvs. næringensmediet) med et radioaktivt mærke. Når substratet var vasket væk, afslørede radioaktiviteten således mængden af slutprodukt.