Исследование раскрывает устойчивый метод производства жизненно важных антидотов от опиатов с меньшими затратами

Уровень передозировок опиатами резко вырос. По данным Национального центра статистики здравоохранения, в среднем 130 американцев умирают каждый день от передозировки опиоидами. Высокая стоимость антидотов, таких как NARCAN, не позволяет многим спасателям иметь доступ к жизненно важным средствам, когда они больше всего нужны.

Исследователи из Научного центра растений Дональда Данфорта определили новый метод производства этих соединений с использованием микроорганизма, обнаруженного в отходах переработки опийного мака. Этот процесс «зеленой химии» может значительно снизить стоимость препаратов-антидотов, а также уменьшить использование химикатов, которые в настоящее время приводят к образованию большого количества вредных отходов. Подробности открытия были опубликованы на обложке журнала Nature Sustainability в статье «Фермент морфинан N-деметилаза для более устойчивой переработки опиатов».

«Ферменты осуществляют реакции с эффективностью, превосходящей синтетическую химию, тем самым снижая стоимость и воздействие производства лекарств на окружающую среду. Сейчас мы работаем над оптимизацией уровня производства фермента до масштаба, достаточного для промышленных процессов. Более экологичное производство изменило бы жизнь людей», — сказала Меган Огастин, ведущий автор и научный сотрудник лаборатории Кутчана в Центре Данфорта.

Природные опиаты, такие как морфин и тебаин, производятся в видах мака. Тебаин превращается в обезболивающие и средства для лечения опиатной зависимости, причем для последних требуется химическая реакция, называемая N-деметилированием. Текущее N-деметилирование опиатов использует вредные реагенты, что приводит к образованию опасных отходов.

Один из способов сделать производство опиатов более устойчивым — использовать ферменты, а не химикаты. Микроорганизмы являются богатым источником ферментов, полезных для метаболизма уникальных соединений в их среде. Огастин и ее коллеги исследовали образец отходов переработки опиума, чтобы идентифицировать организм, способный катализировать N-деметилирование опиатов.

Для идентификации биокатализатора образец ила помещали в минимальную среду, содержащую тебаин в качестве единственного источника углерода. Это привело к открытию Thebainfresser — Methylobacterium, который метаболизирует опиаты, удаляя N-метилгруппу. N-деметилирование индуцировалось после роста в минимальной среде, что привело к открытию лежащего в его основе гена MND (морфинан N-деметилаза).

Фермент MND оказался стабильным и универсальным, осуществляя N-деметилирование структурно разнообразных субстратов при различных температурах и уровнях pH. Кроме того, MND переносил выбранные органические растворители и сохранял активность при иммобилизации. Эти свойства делают его привлекательным кандидатом для дальнейшей разработки в фармацевтическом производстве.