Новый метод инженерии растений может помочь удовлетворить спрос на ключевое лекарство от малярии
Новый и недорогой метод массового производства основного компонента самого эффективного средства от малярии, артемизинина, может помочь удовлетворить глобальный спрос на этот препарат. Об этом говорится в исследовании, которое будет опубликовано в журнале eLife.
Артемизинин производится в низких количествах растением Artemisia annua (A. annua), также известным как полынь однолетняя. Исследователи из Института молекулярной физиологии растений Макса Планка обнаружили новый способ получения артемизиновой кислоты — молекулы, из которой синтезируется артемизинин, — в высоких выходах. Их метод предполагает перенос метаболического пути (серии биохимических реакций, ведущих к её синтезу) из A. annua в табак, культуру с высокой биомассой.
"Малярия — это разрушительное тропическое заболевание, от которого ежегодно умирает почти полмиллиона человек. В обозримом будущем артемизинин останется самым мощным оружием в борьбе с малярией, но из-за его извлечения из низкоурожайных растений он в настоящее время слишком дорог для широкого доступа пациентов в более бедных странах. Производство артемизиновой кислоты в такой культуре, как табак, которая даёт большое количество листовой биомассы, может обеспечить устойчивый и недорогой источник препарата", — говорит соавтор Ральф Бок.
Команда назвала этот подход COSTREL ("combinatorial supertransformation of transplastomic recipient lines"). Первым шагом был перенос генов ключевых ферментов пути синтеза артемизиновой кислоты в геном хлоропластов растений табака, что позволило получить так называемые транспластомные растения.
Затем, используя лучшую линию транспластомного табака, учёные ввели дополнительный набор генов в его ядерный геном, создав линии COSTREL. Эти дополнительные гены кодируют факторы, которые увеличивают синтез кислоты способами, в значительной степени ещё неизвестными.
"В то время как путь синтеза артемизиновой кислоты в A. annua ограничен железистыми волосками растения, что приводит к низким выходам артемизинина, наши линии табака COSTREL производят его в своих хлоропластах, а значит, во всём листе", — объясняет ведущий автор исследования Паулина Фуэнтес.
Было создано более 600 инженерных линий табака с различными комбинациями этих дополнительных генов. Их анализ позволил выявить линии, которые производили беспрецедентные уровни артемизиновой кислоты — 120 миллиграммов на килограмм листьев. Эту кислоту можно легко преобразовать в артемизинин с помощью простых химических реакций.
Хотя для удовлетворения глобального спроса на артемизинин потребуется дальнейшее повышение уровня его производства, это исследование закладывает основу для гораздо более дешёвого производства этой спасительной терапии в культуре с высокой биомассой. Метод COSTREL также предоставляет новый инструмент для инженерии многих других сложных метаболических путей с потенциалом увеличения производства других важных терапевтических компонентов.