Прорыв в биосинтезе может вдвое снизить стоимость популярного противоракового препарата
Спрос на широко используемый противораковый препарат Таксол растет, но его производство сложно и дорого, поскольку до сих пор не удавалось наладить его биосинтез. Исследователи из Копенгагенского университета раскрыли последнюю часть кода, над которым наука билась 30 лет. Этот прорыв может вдвое снизить стоимость препарата и сделать его производство гораздо более устойчивым.
Таксол — один из наиболее часто назначаемых химиотерапевтических препаратов при раке молочной железы, яичников, шейки матки и легких. Однако его производство сложно, затратно и экологически обременительно, поскольку в настоящее время основано на сложном химическом полусинтезе. Ученые во всем мире 30 лет пытались понять, как таксол, природное соединение, получаемое из тиса тихоокеанского, образуется в природе. Расшифровка этого процесса позволила бы наладить биотехнологическое производство. Но последние шаги оставались неизвестными — до сих пор.
Исследовательской группе из Копенгагенского университета удалось найти два недостающих элемента: они идентифицировали ферменты, ответственные за два критических заключительных этапа в биосинтетическом пути, который делает Таксол активным в качестве лекарства.
«Таксол был Святым Граалем в этой области исследований на протяжении десятилетий, потому что это исключительно сложная молекула. Но с открытием двух последних ферментов мы теперь полностью понимаем, как она образуется. Это позволило нам разработать биотехнологический метод производства таксола в дрожжевых клетках», — говорит Сотериос Кампранис, профессор кафедры наук о растениях и окружающей среде и старший автор исследования, опубликованного в Nature Synthesis.
Метод включает клонирование генов, продуцирующих таксол, из дерева тиса и вставку их в дрожжевые клетки. Эти модифицированные дрожжевые клетки затем становятся организмами-хозяевами или микрофабриками с полным рецептом производства таксола.
Влияние на женщин в развивающихся странах
Исследовательская группа из Копенгагенского университета подала заявку на патент метода и находится в процессе создания спин-офф компании для производства биосинтетического Таксола.
«Используя этот метод, мы можем производить Таксол дешевле, чем существующие традиционные методы. В перспективе, после дальнейшей доработки процесса, мы ожидаем, что сможем снизить стоимость вдвое», — говорит доцент и первый автор исследования Фэйян Лян.
Более низкие цены особенно важны, поскольку заболеваемость раком яичников растет во всем мире. Ожидается, что распространенность этого заболевания увеличится более чем на 55% к 2050 году, причем подавляющее большинство случаев придется на страны с низким и средним уровнем дохода. Число женщин, умирающих от рака яичников, по прогнозам, вырастет почти на 70% за тот же период.
В настоящее время таксол стоит более 20 000 долларов США за килограмм, что делает его одним из самых дорогих действующих фармацевтических субстанций.
«Мы видим растущий спрос на Таксол во многих развивающихся странах, где высокая цена является серьезным барьером. Мы надеемся, что наша работа внесет вклад в создание более доступных по цене лекарств, чтобы больше людей могли получить доступ к лечению рака», — говорит Лян.
Гораздо более устойчивый метод
Новый метод не только более экономичен, но и более устойчив, чем химический синтез. Одно из преимуществ заключается в том, что процедура не включает вредные химические вещества и растворители, обычные для химического производства. Другое преимущество — возможность использования более грубых, менее очищенных экстрактов из хвои тиса в качестве исходного материала, что намного дешевле, чем ультрачистые компоненты, необходимые для химического полусинтеза. Кроме того, материалы можно перерабатывать.
«Мы хотим показать, что возможно построить биотехнологическое производство лекарств, которое будет одновременно устойчивым и недорогим. Сегодня таких примеров очень мало, но теперь у нас есть основа для этого», — говорит Кампранис.
Два дерева на один курс лечения
Изначально таксол экстрагировали из внутренней коры тиса тихоокеанского (Taxus brevifolia), но поскольку содержание таксола в коре очень низкое, ее сбор означал удаление всей коры, что приводило к гибели дерева.
Тисы созревают за 70–100 лет. Для производства всего одного курса лечения требовалось около двух деревьев, что делало этот метод крайне неустойчивым. От него отказались много лет назад, хотя дикие тисы в некоторых регионах по-прежнему находятся под угрозой.
Самый распространенный сегодня метод включает сбор аналогичного соединения из хвои тиса для химического синтеза, но стоимость этого процесса по-прежнему высока, поэтому средняя цена таксола превышает 20 000 долларов США за килограмм.