Hoe bacteriën paracetamol uit planten kunnen produceren: een biotechnologische ontdekking en de relatie ervan met de botanie

Biotechnologie helpt ons de processen die van nature in onze omgeving plaatsvinden beter te begrijpen en te benutten. Een van de meest recente ontdekkingen is dat Bacteriën kunnen paracetamol uit planten produceren of beter gezegd, uit plantaardige verbindingen.

Laten we eens nader bekijken hoe dit gebeurt en welke gevolgen dit heeft voor zowel de geneeskunde als de botanie.

Bacteriën bij de synthese van farmaceutische verbindingen

Planten waren het eerste medicijn voor de mens. Sterker nog, ze worden nog steeds gebruikt als wat we nu kennen als medicinale planten.

Door de ontwikkeling van de chemie werd het mogelijk om medicijnen op synthetische basis te ontwikkelen, maar planten waren altijd al een basismiddel voor het genezen van bepaalde ziektes of aandoeningen.

Op het gebied van de biochemie worden bacteriën (vooral die van het geslacht Escherichia coli y pseudomonen) Ze spelen al decennialang een hoofdrol. Gezien hun snelle replicatievermogen en het gemak waarmee ze genetisch gemodificeerd kunnen worden, zijn ze ideaal voor de productie van verbindingen met een medisch belang.

In 2023 hebben onderzoekers van de Universiteit van Manchester onder leiding van Dr. Nigel Scrutton, Ze hebben een stam van E. coli genetisch gemodificeerd om paracetamol te produceren uit p-aminobenzoëzuur (PABA), een molecuul dat in verschillende planten voorkomt.

Deze innovatie was zo belangrijk dat er een artikel over verscheen in het tijdschrift Metabolic Engineering. Het wordt gezien als een mijlpaal in de biologische synthese van medicijnen.

De symbiose tussen planten en bacteriën

P-aminobenzoëzuur (PABA) is een voorloperstof die van nature voorkomt in verschillende soorten planten, bacteriën en gisten.

Bij planten speelt PABA een rol bij de biosynthese van foliumzuur, een vitamine die essentieel is voor de celdeling en embryonale ontwikkeling.

De ontdekking van de wetenschappers bestond uit het gebruik van deze plantenverbinding als grondstof voor het voeden van genetisch gemodificeerde bacteriënDeze zetten de verbinding om in paracetamol via een reeks genetisch gecontroleerde enzymatische reacties.

Wat er gebeurde, was het inbouwen van synthetische genen in het DNA van de E. coli-bacterie, waaronder enzymen die PABA kunnen omzetten in 4-aminofenol, een tussenproduct dat cruciaal is voor de synthese van paracetamol. Vervolgens wordt het geacetyleerd (acetyl wordt toegevoegd aan de chemische structuur) en ontstaat het eindproduct.

Paracetamol wordt verkregen via een proces dat plaatsvindt bij kamertemperatuur en onder omstandigheden die veel duurzamer zijn dan de omstandigheden die bij het traditionele chemische proces worden gebruikt.

Hoe zijn we hier terechtgekomen?

De weg naar deze innovatie was niet gemakkelijk. Wetenschappers hebben uiterst delicaat werk verricht. metabolische techniek.

Hiervoor:

• De natuurlijke genen in bacteriën en planten die betrokken zijn bij de omzetting van PABA worden geïdentificeerd.
• Genen die geoptimaliseerd zijn voor expressie in E. coli worden gesynthetiseerd.
• Genen worden in het bacteriële genoom ingevoegd met behulp van hulpmiddelen als CRISPR-Cas9 of recombinante plasmiden.
• De bacteriecultuur is geoptimaliseerd. Parameters zoals pH, temperatuur en voedingsconcentratie worden gecontroleerd. Dit maximaliseert de paracetamolproductie.

Het beste aan deze modulaire aanpak is dat zorgt ervoor dat het systeem eenvoudig aangepast kan worden om andere medicijnen op basis van planten te produceren. Dat wil zeggen dat we in de toekomst nieuwe, vergelijkbare onderzoeken kunnen zien, die echter tot andere medicijnen leiden.

Wat zijn de voordelen van het feit dat bacteriën paracetamol uit planten kunnen produceren?

De biotechnologische productie van paracetamol kent meerdere voordelen, waaronder:

• Duurzaamheid van het milieu. Het vermijdt het gebruik van aardoliederivaten en vervuilende reagentia die veel in de farmaceutische industrie worden gebruikt. Bovendien kan het gebruik van landbouwafval als bron van PABA de verspilling van natuurlijke hulpbronnen verminderen.
• Kostenbesparing. Plantaardige grondstoffen zijn goedkoper en toegankelijker dan chemische grondstoffen.
• Lokale productie. Landen met toegang tot een grote biodiversiteit aan planten kunnen hun eigen bronnen van PABA verbouwen.
• schaalbaarheid Bacteriën kunnen op grote schaal in bioreactoren worden gekweekt, met zeer lage energiekosten.

Uitdagingen en toekomstperspectieven

Hoewel deze ontdekking belangrijke voordelen heeft, brengt het ook enkele uitdagingen met zich mee die in de nabije toekomst moeten worden aangepakt.

• Optimalisatie van prestaties. Momenteel zijn de hoeveelheden paracetamol die bacteriën kunnen produceren lager dan de hoeveelheden die via traditionele industriële methoden worden verkregen.
• Industriële schaalvergroting. Pilotinstallaties en grootschalige productie moeten worden goedgekeurd en gevalideerd om de economische levensvatbaarheid ervan te verifiëren.
• Gezondheidsregelgeving en goedkeuring. Alle medicijnen, inclusief medicijnen die via biologische paden worden geproduceerd, moeten strenge veiligheids- en kwaliteitscontroles ondergaan.

Hoewel de weg vooruit niet gemakkelijk zal zijn, is de wetenschappelijke gemeenschap optimistisch. Ze geloven dat deze aanpak kan worden uitgebreid naar de productie van andere plantaardige medicijnen, zoals morfine, artemisinine en zelfs cannabinoïden.

Het belang van plantkunde

Deze ontdekking zou niet mogelijk zijn geweest zonder de uitgebreide botanische kennis die de mens door de eeuwen heen heeft verzameld.

Plantkunde verschaft informatie over de actieve bestanddelen en biosynthetische routes, maar ook over de ideale agronomische omstandigheden voor de grote productie van deze voorlopers.

Samenwerking tussen plantenbiologen, genetici en bio-ingenieurs leidt tot een nieuw paradigma in de farmaceutische productie, waarbij landbouw, synthetische biologie en microbiële fermentatie worden gecombineerd.

Dit kan in de toekomst leiden tot duurzamere en gedecentraliseerde medicijnvoorzieningsketens, wat de toegang tot medicijnen zou vergemakkelijken in delen van de wereld waar dit momenteel bijzonder moeilijk is.

Ja, bacteriën kunnen paracetamol produceren uit planten, en deze ontdekking is een biotechnologische revolutie die grote gevolgen kan hebben voor de farmacologie en de gezondheid. In de niet al te verre toekomst zou de productie van medicijnen uit planten en bacteriën heel gewoon kunnen worden. Volgens experts staan we aan de vooravond van een nieuw tijdperk in de geneesmiddelenproductie, waarin natuur en wetenschap samenwerken om de gezondheid van mensen wereldwijd te verbeteren.