Пекарські дріжджі навчили виробляти псилоцибін

Данські вчені впровадили пекарським дріжджам гени ферментів, які забезпечують синтез псилоцибіну, повідомляється в. Гени виявилися функціональними в новому організмі і допомогли зробити потрібний алкалоїд. При цьому модифікованим дріжджам не потрібно було додавати в живильне середовище проміжні продукти його синтезу, такі як 4-гідроксиіндол.

Псилоцибін - алкалоїд грибів роду і деяких інших. Оскільки він має галюциногенний ефект, у багатьох країнах його заборонено вживати. Однак останніми роками псилоцибін виявив сильні антидепресивні властивості. Також він знизив тривожність у хворих на рак і не викликав серйозних побічних ефектів. Зараз у серії клінічних випробувань оцінюють його здатність знижувати тягу до алкоголю.

Якщо речовина виявиться ефективною і безпечною, її статус можуть переглянути і почати з її допомогою лікувати описані стани. Тоді знадобиться отримувати його в досить великих кількостях. Витягувати псилоцибін з дуже витратно: його маса становить 0,2-1 відсотка від загальної сухої маси гриба. Тому має сенс «навчити» інші організми виробляти цю речовину у великих кількостях. Краще вибирати такі, які вже використовуються в біотехнології.

Для цього модельним організмам потрібно вміти синтезувати ферменти, які забезпечують синтез псилоцибіну з попередників. Це багатоступеневий процес - для кожної реакції необхідний свій фермент, а він або його ген можуть не працювати поза клітинами грибів. Проблема такого роду виникла, коли псилоцибін «вчили» робити кишкову паличку Тоді виявилося, що грибний каталізатор однієї з найважливіших реакцій у ланцюжку - приєднання гідроксильної групи до четвертого атому вуглецю індольного кільця - не функціонує. Тому в живильне середовище бактеріям доводилося додавати готовий 4-гідроксиіндол.

Співробітники Данського технічного університету на чолі з Іриною Бородіною (Irina Borodina) впровадили гени ферментів, необхідних для синтезу псилоцибіну з глюкози, в більш близький організм - пекарські дріжджі. Це теж гриб. Всі потрібні гени за єдиним винятком були отримані від. Серед них був ген ферменту, який каталізує гідроксилювання індольного кільця.

Дріжджі змогли синтезувати всі необхідні ферменти і, отже, псилоцибін. На відміну від, у живильне середовище дріжджам не потрібно було додавати незвичайні речовини: сировиною для виробництва алкалоїду служила глюкоза. Максимальний вихід псилоцибіну склав 627 міліграмів на літр культури дріжджів. Також гриби виробляли продукт розпаду псилоцибіну - псилоцин - у концентрації до 580 міліграмів на літр. Крім цього виявилося, що модифіковані дріжджі виробляють і інші триптаміни, зокрема, беоцистин, норбеоцистин і еругінасцин. При цьому, що досить важливо, в культурі дріжджів не накопичувався етанол.

Це не перший випадок, коли псилоцибін синтезується іншими грибами, які в нормі не здатні це робити. Раніше дослідники з Єнського університету (Німеччина) домоглися експресії генів, які забезпечують освіту відповідного алкалоїду в аспергілла гніздового. Хоча цей гриб широко поширений, методики культивації дріжджів краще опрацьовані, так що добувати цей алкалоїд з повинно бути вигідніше.

Робота цікава ще й тим, що це приклад експлуатації «конструктора ферментів» у синтетичній біології. Якщо підібрати потрібну комбінацію біологічних каталізаторів і впровадити їх у клітини якогось модельного організму, можна в теорії отримувати не тільки вже відомі речовини, а й такі, які не зустрічаються в природі. Враховуючи, як багато існує похідних індолу і наскільки різноманітні функції вони виконують, збірка систем для їх синтезу буде корисна не тільки в психофармакології, але і для виробництва ліків іншого профілю, а також для агрономії, парфумерії і багатьох інших галузей.

Пекарські дріжджі - класичний об'єкт біотехнології. Кількість речовин, які навчилися синтезувати з їх допомогою, величезна. Серед них - морфін, різні канабіноїди, носкапін (алкалоїд, що допомагає при кашлі і, ймовірно раку), гераніол і ліналоол (надають пиву характерний смак і запах).