Andrew Jones della Miami University e il suo team di studenti potrebbero aver sviluppato prima una ricerca.

Attraverso l'ingegneria metabolica, hanno scoperto un modo per produrre in modo sostenibile un candidato farmaco promettente per aiutare i pazienti con depressione resistente al trattamento.

I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Metabolic Engineering intitolata, "Produzione in vivo di psilocibina in E. coli ."

La psilocibina è ora in sperimentazione clinica, e i professionisti medici vedono risultati promettenti per il suo uso nel trattamento della dipendenza, depressione e disturbo da stress post-traumatico negli esseri umani.

Jones, assistente professore nel dipartimento di chimica di Miami, carta, e ingegneria biomedica, credeva di poter elaborare un processo utilizzando batteri geneticamente modificati per produrre il candidato farmaco.

La chimica, psilocibina, si trova naturalmente in un fungo specifico, Psilocybe cubensis. Jones ha detto di produrre in serie la psilocibina dal suo fungo ospite naturale, richiederebbe vasti immobili e tempo. Attualmente, vengono utilizzati metodi alternativi di produzione di sostanze chimiche sintetiche, ma sono molto costosi. Jones, il ricercatore principale di questa ricerca, voleva una soluzione che mantenga l'integrità biologica e riduca i costi di produzione.

Trovare un ospite organico ottimale

Attraverso l'ingegneria metabolica, che trova modi per aumentare la capacità di una cellula di produrre un composto di interesse, il suo team di studenti ha sviluppato una serie di esperimenti per identificare le condizioni ottimali di produzione di psilocibina. L'articolo pubblicato di recente descrive il loro lavoro per ottimizzare la produzione di psilocibina nei batteri Escherichia coli. La squadra sta usando un noto E. coli ceppo progettato per una produzione di laboratorio sicura.

"Stiamo prendendo il DNA dal fungo che codifica la sua capacità di realizzare questo prodotto e lo mettiamo dentro E. coli , " ha detto. "È simile al modo in cui fai la birra, attraverso un processo di fermentazione. Stiamo effettivamente prendendo la tecnologia che consente scala e velocità di produzione e applicandola alla nostra produzione di psilocibina E. coli ."

Il loro risultato finale è un passo significativo verso la dimostrazione della fattibilità di produrre questo farmaco in modo economico da una fonte biologica.

"Ciò che è entusiasmante è la velocità con cui siamo stati in grado di raggiungere la nostra elevata produzione. Nel corso di questo studio abbiamo migliorato la produzione da pochi milligrammi per litro a oltre un grammo per litro, un aumento di quasi 500 volte, " ha detto Jones.

Dà molto credito e lodi ai suoi studenti che hanno progettato molti degli esperimenti eseguiti durante lo studio di 18 mesi.

"Una grande parte del mio lavoro è formare studenti universitari per fare questo lavoro. L'idea di base era mia, ma gran parte del disegno sperimentale è caduto sugli studenti. All'inizio, Li aiuterei a guidarli nel processo di progettazione sperimentale. Verso la fine, stavano diventando più indipendenti. Questo è il tipo di studente che vogliamo mentre si avvicinano alla laurea, " ha detto Jones.

Imparare a eseguire esperimenti di laboratorio

L'autrice principale Alexandra (Lexie) Adams, una laurea in ingegneria chimica junior, è diventato un membro del gruppo di ricerca il suo primo anno, proprio mentre il Jones Lab stava per iniziare. Paziente e meticoloso, Jones ha lavorato con Adams, dichiaratamente nervoso, sulle basi della ricerca di laboratorio. Ha pagato.

Il lavoro iniziale è stato svolto nell'estate del 2018 come coautore Adams e un altro studente universitario, Nicholas Kaplan, ha preso parte al programma di studiosi estivi universitari di Miami. Il programma fornisce finanziamenti agli studenti per la ricerca universitaria.

Entrambi gli studenti, lavorando su studi separati, imparato i dettagli della ricerca, guadagnando fiducia e imparando lezioni man mano che l'estate avanzava.

Kaplan, una laurea in ingegneria chimica junior, ha studiato la fattibilità dei cianobatteri come un altro potenziale ospite di ingegneria metabolica. Le sue scoperte hanno mostrato risultati contrastanti, e fu deciso che il team di laboratorio si sarebbe concentrato sulla psilocibina di Adams in E. coli progetto.

Festeggiando una svolta nella ricerca

Adams ricorda quando hanno visto la svolta nella loro ricerca. Il loro obiettivo era quello di trasferire il DNA dal fungo e vedere l'attività nel E. coli ospite.

"Una volta trasferito il DNA, abbiamo visto emergere [un minuscolo] picco nei nostri dati. Sapevamo di aver fatto qualcosa di enorme, " lei disse.

Altri membri del team includevano:il laureato Zhangyue "Tom' Wei (Miami '19), laureato John "Jack' Brinton (BS Miami '17, MS Miami '19), Chantal Monnier, senior Alexis Enacopol, e il membro dello staff Theresa Ramelot, specialista in strumentazione.

Sia Adams che Kaplan continuano a lavorare con Jones. Gli studenti stanno conducendo progetti che si basano sul recente successo del lavoro sulla psilocibina. Ognuno di loro sta iniziando a tramandare ciò che ha imparato in laboratorio guidando i nuovi studenti universitari che si uniscono al Jones Lab.

"È importante che [i nuovi studenti] comprendano il quadro generale in modo che vedano le ragioni delle diverse fasi degli esperimenti, " ha detto Kaplan.

Jones sta portando avanti la fase successiva di questa ricerca studiando modi per rendere il E. coli batteri un ospite migliore:il prossimo passo per consentire una produzione sostenibile ai livelli richiesti dall'industria farmaceutica.