Molte medicine comunemente usate sono ancora derivate dalle piante. La scopolamina, usata per la cinetosi e per curare la nausea post-chirurgica, è prodotta da piante della famiglia della belladonna. La digossina, un farmaco per il cuore, viene dalla pianta della digitale. La codeina e altri antidolorifici oppioidi sono derivati da papaveri da oppio.
Ma le piante utilizzate per produrre farmaci a volte sono in pericolo o costose. Una stagione di crescita scadente o instabilità geopolitica nella regione in cui viene coltivata una pianta potrebbe causare un calo della fornitura di farmaci.
Ora, uno scienziato di Stanford ha capito come isolare la "fabbrica" molecolare all'interno di una pianta in via di estinzione e assemblarla in un'altra pianta, più ampiamente disponibile.
"Questa è stata una sfida, perché le piante sono piuttosto complicate", afferma Elizabeth Sattely, professore di ingegneria chimica. "Sono piuttosto difficili da lavorare. I loro genomi sono molto complicati. "
Sattely e il suo team hanno lavorato con una pianta himalayana chiamata mayapple, che produce precursori di un farmaco chemioterapico comunemente usato chiamato etoposide. Etoposide è usato per trattare una varietà di tumori, tra cui linfoma, carcinoma polmonare, carcinoma del testicolo e alcuni tipi di leucemia e tumore al cervello. È nella lista delle medicine essenziali dell'Organizzazione Mondiale della Sanità: i farmaci considerati cruciali per il funzionamento del sistema medico. Ma mayapple sta crescendo lentamente e l'offerta è in declino da anni a causa dell'elevata domanda.
Si accorse subito che la catena di montaggio chimica di mayapple si avvia in risposta alle lesioni delle sue foglie. Una volta che si verifica questa lesione, la pianta inizia a produrre un numero di proteine. Alcune di queste proteine alla fine producono il precursore dell'etoposide. Ma la grande domanda era: quali proteine? Erano presenti più di 30, ma non tutti erano coinvolti nella creazione del precursore.
"Ciò che è stato fondamentale qui è stato davvero restringere la nostra lista di candidati", afferma Sattely.
Lei e il suo team hanno provato varie combinazioni di proteine fino a quando non hanno capito quale 10 costituisse la catena di montaggio. Quindi, hanno messo i geni che hanno trasformato queste 10 proteine in un'altra pianta. La pianta che hanno scelto era la Nicotiana benthamiana, una parente selvaggia del tabacco, scelta perché ampiamente disponibile e facile da coltivare in laboratorio. La pianta della Nicotiana iniziò a produrre il precursore dell'etoposide, proprio come la mayapple. Sattely e il suo studente laureato, Warren Lau, pubblicarono la loro scoperta sulla rivista Science .
"Questa è una bella dimostrazione del concetto", afferma Sattely.
Spera in fretta di produrre alla fine microbi, come il lievito, che producano le stesse molecole, saltando completamente le piante. Se ci riuscirà, si unirà a un certo numero di scienziati che hanno capito come trasformare i microrganismi in fabbriche farmaceutiche. Proprio questa settimana, gli scienziati tedeschi hanno annunciato di aver prodotto il lievito geneticamente modificato producendo THC, il composto di marijuana che produce "alti" e può aiutare a trattare gli effetti collaterali della chemioterapia e di altre malattie. Il mese scorso, i ricercatori di Stanford hanno pubblicato risultati che mostrano come avevano fatto produrre lievito a produrre idrocodone, un antidolorifico oppiaceo simile alla morfina. La svolta ha il potenziale per rendere tali farmaci più economici e più accessibili. Nel 2013, gli ingegneri chimici di Berkeley hanno indotto il lievito geneticamente modificato a produrre farmaci anti-malaria.
Produrre droghe con lievito è ancora più semplice e meno costoso rispetto all'utilizzo di comuni piante da laboratorio. Le forniture sono incredibilmente economiche e facili da produrre, occupano poco spazio o cure speciali e possono essere manipolate all'infinito.
"La promessa del campo della biologia sintetica è che puoi far sì che le cellule producano o facciano qualsiasi cosa tu voglia", afferma Sattely.
Ma c'è ancora molto da imparare dalle piante e dai prodotti chimici che producono. Man mano che i percorsi di produzione molecolare delle piante vengono meglio compresi, gli scienziati possono imparare a manipolarli, producendo potenzialmente migliori farmaci con minori effetti collaterali.
"Le piante sono alcune delle migliori fabbriche molecolari in natura", afferma Sattely. "Abbiamo molto da imparare su queste molecole che sono così importanti per la salute umana e anche per la salute delle piante".
