以菸草生產青蒿素

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王道還｜中央研究院歷史語言研究所助理研究員

青蒿素是治療瘧疾的特效藥，很難以化學方法合成，必須從青蒿葉萃取。但是青蒿要花半年以上生長（190〜240天），而且產量不高：1公克乾葉片只能萃取0.5毫克青蒿素（兩千分之一）。替代方案是以基因工程技術驅使酵母菌生產青蒿酸，再以化學方法轉化成青蒿素，可是這並不能取代青蒿。

好幾個團隊已著手開發青蒿素的另類製程（見本刊524期）。印度新德里的基因工程與生物科技國際中心（ICGEB）最近有了值得注意的成果。ICGEB原來屬於聯合國工業發展組織（UNIDO），1994年獨立。

ICGEB代謝工程小組的主管庫瑪（Shashi Kumar Rhode）是印度培養出來的博士級研究人員，他想出利用菸草生產青蒿素的新點子。一開始，他把12個基因轉殖到菸草葉的葉綠體中。原來葉綠體有自己的基因組，生產自己需要的分子。巧的是，葉綠體基因組生產的前驅分子也是青蒿素的前驅分子。轉殖到葉綠體中的12個基因便利用那些分子生產青蒿素。

然而，根據他們在2014年發表的報告，這個點子行不通。因為基改菸草的葉子發育不良，青蒿素的含量只有青蒿葉的1/5。庫瑪判斷，這是因為他把整個青蒿素生產模組都放到葉綠體中，攔截了太多光合作用需要的分子，難怪菸草葉發育不良。

因此庫瑪改變製程，只把一半基因殖入菸草細胞核中，這次成功了，基改菸草顯得發育正常。更好的消息是，只消兩個月，1公克菸草葉裡的青蒿素含量就高達0.8毫克（成熟的青蒿葉片只有0.5毫克）。

不過，庫瑪的另一個點子更有創意，就是直接給病人服食青蒿葉或菸草葉。因為過去的研究顯示，有些植物細胞能保護青蒿素不受胃酸與消化酶破壞，使更多青蒿素進入小腸，讓身體吸收利用。庫瑪先以小鼠做實驗，研究人員以瘧原蟲感染小鼠後，把牠們分為兩組。一組餵青蒿萃取的青蒿素；另一組餵基改菸草葉。15天後測量小鼠體內瘧原蟲數量，基改菸草葉組只有青蒿素組的2/3。

人體實驗大概不會很快實行，因為必須先解決所有傳統本草藥方所面臨的問題：標準化。

參考資料

Malhotra, K., et al. (2016) Compartmentalized metabolic engineering for artemisinin biosynthesis and effective malaria treatment by oral delivery of plant cells. Molecular Plant, 9, 1464-1477, published on 7 November 2016.

資料來源

《科學發展》2017年2月，530期，74 ~ 77頁

青蒿素(7) 酵母菌(20) 菸草(2) 科發月刊(5210)

以菸草生產青蒿素

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