Quimioterapia Fermentada por Levedura: Agora podemos fabricar qualquer coisa
Por Sarah Amandolare
30 de setembro de 2022 -- Uma maneira incrivelmente antiga de fabricar drogas é agora uma nova e incrível maneira de fabricar drogas. Os cientistas reengenharia geneticamente um processo de fermentação de levedura para produzir compostos quimioterápicos em vez de cerveja.
A vinblastina é o composto mais complexo produzido com levedura engenheirada até agora, dizem os pesquisadores. Seus ingredientes naturais são normalmente colhidos de uma planta ameaçada de extinção em Madagascar, e a quimioterapia está na lista de medicamentos essenciais da Organização Mundial da Saúde. A produção sintética de vinblastina poderia eliminar problemas de abastecimento, reduzir custos e salvar vidas.
Para fazer isso direito, foram necessários 7 anos.
"É como conseguir que uma orquestra toque em sintonia, porque todos esses passos têm que trabalhar juntos para chegar a esse produto final", diz o co-autor do artigo Jay Keasling, PhD,. "Se você alimentar açúcar de levedura, ele produz cerveja e vinho". Neste caso, nós substituímos o caminho do etanol por caminhos para produzir estes produtos naturais".
A levedura geneticamente modificada (junto com a E coli) é um microorganismo chave usado na produção biofarmacêutica. A levedura foi redesenhada para produzir outros compostos naturais, como os canabinóides e a artemisinina do medicamento antimalárico. O processo envolve a remoção de uma seqüência de reações bioquímicas, ou caminho metabólico, de uma célula vegetal e sua reconstrução dentro de uma célula de levedura.
O Santo Graal dos Compostos
A vinblastina faz parte de uma família de mais de 3.000 moléculas produzidas em plantas, chamadas de alcalóides monoterpenos internos (MIAs), várias das quais têm a FDA aprovada como terapêutica. Cada MIA vem de uma planta diferente, algumas das quais são raras ou em perigo de extinção por causa da colheita excessiva, de acordo com Keasling.
"Engenhar uma levedura para produzir estas moléculas permitiria sua produção em uma plataforma simples, a fermentação, em vez de ter que cultivar plantas individuais ou colhê-las da natureza", diz Keasling. "Essencialmente, cooptamos este antigo método de produção de cerveja e vinho para produzir estes outros produtos importantes".
A equipe internacional de pesquisadores, liderada pela Universidade Técnica da Dinamarca, queria provar que eles podiam fabricar sinteticamente todos os tipos de MIAs, então eles começaram com o mais complexo que eles conheciam: vinblastina.
A vinblastina tem algo em torno de 30.000 genes. Os pesquisadores primeiro tiveram que identificar uma sequência de 31 passos. É o caminho biossintético mais longo já retirado de uma planta e inserido em um micróbio, de acordo com os pesquisadores.
Até agora, a vinblastina só podia ser produzida usando dois ingredientes ativos, vindolina e catarantina, colhidos das folhas da planta pervinca de Madagascar. Podem ser necessários mais de 4000 libras de folhas secas para produzir uma única grama de vinblastina. Os atrasos no fornecimento resultaram numa escassez internacional do medicamento desde o verão de 2019 até 2021.
Embora os pesquisadores não conseguissem produzir vinblastina diretamente em levedura, eles conseguiram fazer engenharia genética de levedura para produzir vindolina e catarantina. Estes compostos foram então purificados e acoplados quimicamente para formar a vinblastina.
A reconstrução do caminho metabólico da vinblastina exigiu 56 edições genéticas, de acordo com os pesquisadores. Reações bioquímicas que ocorrem a cada passo ao longo do caminho requerem enzimas - portanto, os pesquisadores tiveram que garantir que as enzimas fossem produzidas na quantidade correta.
"Você não pode ter uma etapa funcionando significativamente melhor do que todas as outras, ou uma etapa que não funciona muito bem", disse Keasling. As enzimas também dependem de outros fatores, tais como vitaminas e minerais, que também tiveram que ser inseridos na seqüência.
Os pesquisadores produziram apenas uma quantidade muito pequena de vinblastina, mas a técnica abre a porta para a produção de inúmeros outros compostos naturais, incluindo uma molécula anti-adição que é cara de se fabricar porque é produzida por plantas em pequenas quantidades.
"Esta molécula que escolhemos é como um santo graal". É uma molécula grande, é realmente um desafio produzir de qualquer outra forma", disse Keasling. "E assim, se pudermos fazer esta molécula, isso significa que as outras são definitivamente exequíveis".
