Artemizyna z tytoniu

Mimo wieloletnich zmagań malaria pozostaje chorobą, która każdego roku zabija ok. 500 tys. ludzi na świecie. Najskuteczniejszym lekiem w walce z malarią jest artemizyna, związek pozyskiwany z bylicy rocznej – Artemisia annua, występującej w Azji.

Dzięki artemizynie śmiertelność z powodu malarii spadła od początku wieku o 60 proc. W roku 2015 pani Youyou Tu została laureatką Nagrody Nobla za odkrycie artemizyny. Niestety, Artemisia annua wytwarza niewielkie ilości artemizyny, w związku z czym produkcja jest mało efektywna i kosztowna. To powoduje, że dostępność artemizyny w najbardziej potrzebujących regionach świata jest mocno ograniczona.

Naukowcy od lat starają się przezwyciężyć ograniczenia wynikające konwencjonalnej produkcji artemizyny. Bezcennym narzędziem okazać się może inżynieria genetyczna. Najpierw próbowano wykorzystać genetycznie modyfikowane drożdże, do genomu których dodano geny szlaku biosyntezy artemizyny. Sukces był połowiczny. Udało się opracować szczep o odpowiedniej wydajności, ale kosztowny okazał się proces wytwarzania leku w warunkach farmaceutycznych. W efekcie cena leku z drożdży GM była również za wysoka.

Rozwiązaniem tego problemu mogą być genetycznie modyfikowane rośliny, które pozwalają ominąć wiele technicznych niedogodności związanych z produkcją artemizyny w bioreaktorach – rośliny same pełnią funkcję naturalnych bioreaktorów. Naukowcy z Instytutu Maxa Plancka postanowili zmodyfikować tytoń – rośliny o dużym przyroście biomasy, a więc potencjalnie wydajnej produkcji artemizyny.

W związku z tym, że do genomu tytoniu należało wprowadzić cały szereg genów szlaku biosyntezy kwasu artemizynowego – prekursora artemizyny – naukowcy zastosowali nietypową technikę modyfikowania komórek roślinnych – COSTREL. Metoda polega na tym, że stosuje się kombinację modyfikacji genomu jądrowego oraz genomu chloroplastów – niezależnych organelli komórkowych.

Najpierw wykonano szereg modyfikacji genomu chloroplastów, kasetami DNA zawierającymi geny szlaku biosyntezy prekursora artemizyny. W ten sposób uzyskano setki linii o różnorodnej wydajności produkcji kwasu artemizynowego. Dodatkowo, za pomocą standardowej transformacji genetycznej, wprowadzono do genomu jądrowego najwydajniejszych linii dodatkowe geny, kodujące białka regulujące proces biosyntezy kwasu artemizynowego, uzyskując supertransformowane, genetycznie modyfikowane rośliny.

Mimo sukcesu naukowców z Instytutu Maxa Plancka droga do wykorzystania tytoniu GM w produkcji artemizyny jest jeszcze daleka. Badacze dowiedli jedynie, że produkcji prekursora artemizyny jest możliwa w tytoniu, jak również opracowali ciekawą i wydajną metodę produkcji tego typu roślin. Są to jednak nadal rośliny eksperymentalne, które należy traktować jako punkt wyjścia w optymalizacji procesu.

Jak wskazują eksperci w obszarze badań nad artemizyną, istnieje szereg ograniczeń, które na tym etapie badań nie pozwalają traktować uzyskanych roślin jako efektywnego źródła artemizyny. Eksperymentalne rośliny GM produkują jedynie prekursor docelowego związku, co powoduje, że wymagany jest dodatkowy etap konwersji kwasu artemizynowego do artemizyny. Autorzy badań wskazują jednak, że poprzez dodatkową modyfikację możliwa jest produkcja samej artemizyny w komórkach tytoniu. Ponadto mimo przetestowania szeregu linii wydajność biosyntezy prekursora w genetycznie modyfikowanym tytoniu jest porównywalna z ilością, jaką można uzyskać z naturalnych źródeł artemizyny.

Uwzględniając sceptycyzm ekspertów, należy z pewnym dystansem podchodzić do osiągnięć naukowców z Instytutu Maxa Plancka. Niewątpliwie wymagane są dodatkowe badania nad zwiększeniem wydajności procesu i jego optymalizacją, co wydaje się nieco łatwiejszym zadaniem. Być może w przyszłości tytoń GM będzie stanowić atrakcyjną formę taniej produkcji tak potrzebnej artemizyny. Niektórzy naukowcy wskazują, że być może lepszym rozwiązaniem byłaby genetyczna modyfikacja bylicy rocznej, czyli naturalnego źródła artemizyny.

A new synthetic biology approach allows transfer of an entire metabolic pathway from a medicinal plant to a biomass crop

W cyklu „Po co to gieemo” ukazały się następujące wpisy:
Modyfikowane świnie odporne na PRRS
Transgeniczne kurczaki pomogą chorym na rzadką chorobę
Genetycznie edytowane mikroświnki domowe

Transgeniczne ćmy ochronią uprawy kapustnych?
Transgeniczna kukurydza ułatwi żywienie zwierząt
Superziemniak
Bakterie GM narzędziem w walce z otyłością
Jad pająka zamiast Viagry
Syntetyczne mleko przyszłości
Przemysł motoryzacyjny skorzysta z GMO?
Śliwa Honey Sweet – spełnione obietnice
Kukurydza z β-glukanazą
Przełom w walce z dengą?
Moda genetycznie modyfikowana
Pszenica odstraszająca mszyce
Ryż C4
GMO na suszę
GMO z pomocą zagrożonym gatunkom drzew,
ORF Genetics
Na biegunkę – koza
Hipoalergiczne jabłko
WEMA
Kontrowersyjny łosoś AquAdvantage
Transgeniczne pomidory z genem Bs2
Ziemniak odporny na zarazę
Historia buraka HT
Szczepionka w glonach przeciw malarii
Pszenica i skrobia oporna
Drzewka cytrusowe odporne na HLB
Ekoświnie – Game Over?
Wydajne odmiany zbóż odporne na suszę i nie tylko
Paliwo w tytoniu
Arktyczne jabłka
Zdrowsze (trochę) frytki i chipsy dzięki GMO
Pierwsze owady GMO w Europie
Rośliny przyszłości
Tęczowa papaja