I prodotti farmaceutici a base di alcaloidi derivati ​​dalle piante possono essere potenti trattamenti per una varietà di malattie. Ma ottenere questi potenti agenti terapeutici dalle piante può richiedere molto tempo e costare un sacco di soldi, perché spesso occorrono molte piante per produrre una piccola quantità di prodotto farmaceutico.

Eppure i progressi nell'ingegneria metabolica dei microbi potrebbero portare a costi più economici, produzione più rapida di farmaci già approvati dalla Food and Drug Administration (FDA). Questa è la conclusione di uno studio pubblicato di recente su Natura chimica biologia di Amy Ehrenworth, un dottorato di ricerca alunno, e Pamela Peralta-Yahya, un assistente professore e consigliere di Ehrenworth alla School of Chemistry and Biochemistry.

Le vie metaboliche sono al centro della soluzione, Peralta-Yahya dice. Questi percorsi sono come linee di produzione che comprendono gli enzimi necessari per assemblare prodotti specifici, come gli alcaloidi terapeutici. Grazie ai progressi dell'ingegneria metabolica e della biologia sintetica, le vie metaboliche delle piante possono essere installate nei microbi, consentendo ai microbi di produrre i prodotti vegetali.

Molti farmaci a base di prodotti naturali vegetali sono prodotti per semi-sintesi. Ciò di solito comporta l'assunzione di composti dalla pianta e la loro trasformazione chimica per ottenere i prodotti farmaceutici desiderati alla fine della linea di produzione.

Alcuni di questi passaggi chimici possono essere difficili. Nel caso di alcaloidi modificati, Ehrenworth e Peralta-Yahya hanno dimostrato nel 2015 che i microbi possono essere modificati per produrli più facilmente. Per il nuovo lavoro, Ehrenworth ha esaminato i database dei farmaci per trovare i candidati farmaci alcaloidi idonei per l'efficienza della produzione attraverso microbi ingegnerizzati.

Quando si tratta di ridurre i costi di produzione dei farmaci, "la nostra intuizione era che non dovremmo necessariamente usare microbi ingegnerizzati per realizzare l'esatto prodotto naturale della pianta, " Dice Peralta-Yahya. "Invece dovremmo usare microbi ingegnerizzati per fare qualcosa che sia più vicino a un farmaco approvato dalla FDA".

"Puoi coltivare vasche di microbi durante la notte, quindi è un processo molto più veloce, " Ehrenworth dice. "Anche tu non stai uccidendo alberi."

Ehrenworth si riferisce all'albero felice cinese, la fonte del farmaco alcaloide camptotecina. Due farmaci contro il cancro, topotecan e irinotecan, sono derivati ​​della camptotecina, e la loro produzione parte dall'alcaloide naturale.

"Entrambi questi derivati ​​sono modificati nella stessa posizione sulla molecola, " Dice Ehrenworth. L'ingegneria dei microbi per creare l'ultimo intermedio comune prima dei composti finali del farmaco ridurrebbe i passaggi chimici necessari.

Per cercare farmaci che trarrebbero beneficio da questo tipo di ingegneria metabolica, Ehrenworth ha cercato database di più di 2, 000 prodotti farmaceutici approvati dalla FDA disponibili da Drugbank.ca, la FDA, e altre fonti. Lei e Peralta-Yahya hanno stabilito che sette farmaci alcaloidi modificati approvati dalla FDA sarebbero stati gli obiettivi più benefici per l'ingegneria metabolica:solifenacina, galantamina, cisatracurio, levorfanolo, butorfanolo, irinotecano, e topotecano.

"Sono rimasto sorpreso da quanti alcaloidi modificati potrebbero essere progettati utilizzando la tecnologia attuale, " Dice Peralta-Yahya. "Pensavo che forse ne avremmo trovati uno o due. Ma ce n'erano molti, e puoi letteralmente iniziare a lavorarci domani."

Chimici e biologi non hanno bisogno di aspettare che nuove tecnologie o processi vengano scoperti o costruiti, Peralta-Yahya aggiunge. "È tutto lì."