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以酵母菌生產鴉片

嗎啡類生物鹼是強而有力的止痛藥,直到今天,種植罌粟、生產鴉片仍是製造嗎啡類生物鹼的唯一方法,但,未來可能就不同了。
 
 
 
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
  1. Service, R. F. (2015) Modified yeast produce opiates from sugar. Science, 349(6249), 677.
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