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以酵母菌生產鴉片

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王道還｜中央研究院歷史語言研究所助理研究員

美國史丹佛大學生物工程學副教授史莫克（Christina Smolke）的團隊把酵母菌改造成製毒工廠，為「發酵」這個詞創造了新義：酵母菌生產的是蒂巴因（thebaine，又譯「副嗎啡」），是嗎啡的前驅物質，而不是酒精。

幾千年前，人類就發現了釀酒的方法，可是知其然，不知其所以然。一個半世紀以前，巴斯德才證明釀酒的過程–發酵–其實是酵母菌的功勞：牠們把糖代謝成酒精。一百多年之後，基因工程技術興起，科學家甚至能驅使微生物生產牠們從來沒有生產過的化學分子。一開始，科學家只是把一個外來基因與控制機關塞入微生物細胞。公元兩千年之後，科學家已經能夠把一組基因殖入微生物生產特定化學物質，最受矚目的例子就是以酵母菌生產青蒿素的前驅分子。

青蒿是中國本草的一味藥材，中國人直到抗戰時才確定它能抗瘧。文革期間，中國的科學家從青蒿葉片中提煉出抗瘧的有效成分–青蒿素。西方人到了20世紀末也肯定青蒿素的衍生物是有效的抗瘧藥。不過，就世界的需求而言，以種植青蒿的辦法取得青蒿素並不切實際，而且成本太高。

2001年，美國加州大學柏克萊校區戚士林（Jay Keasling）的團隊發現：把青蒿與酵母菌的幾個基因殖入大腸菌，牠們便能生產一種青蒿素的前驅分子。只要經過簡單的化學步驟，那一分子就成為青蒿素了。5年後，戚士林的團隊又找到一個基因，要是把它與先前的基因一齊送入酵母菌中，酵母菌便能生產比青蒿素更接近抗瘧藥的化學分子。戚士林成立了一家生物技術公司繼續研發，終於在2013年使生產效率提升了15倍，引起製藥公司的注意。

史莫克團隊驅使酵母菌的技術更複雜。首先，他們把細菌、大鼠，以及幾種植物（包括3種罌粟）的基因殖入酵母菌。然後，他們必須啟動21個基因，酵母菌才能把糖轉化為蒂巴因。直到今天，種植罌粟、生產鴉片是製造嗎啡類生物鹼的唯一方法。嗎啡類生物鹼是強而有力的止痛藥，但是學者對「生物合成」技術的期望，不只是生產，還希望透過這種技術找到更有效、又比較不會成癮的止痛藥。目前史莫克的當務之急是提升合成酵母菌的生產效率。

參考資料

Service, R. F. (2015) Modified yeast produce opiates from sugar. Science, 349(6249), 677.

資料來源

《科學發展》2015年9月，513期，74 ~ 77頁

發酵(33) 酵母菌(20)

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