以菸草生產青蒿素

 
2017/02/02 王道還 | 生物人類學者(已退休)
青蒿葉特寫(圖片來源:種子發)
  • 青蒿葉特寫(圖片來源:種子發)
 

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
  1. 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.
 
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