细菌重新编程为制作药物药物中使用的设计者分子

大肠杆菌已被重新编程以生产硫酸软骨素，复合糖。

设想一种无动物的药物供应，科学家 - 首次重新编程常见的细菌，以制作药物和营养保健品中使用的设计者多糖分子。在2021年3月2日发布，在自然通信中，研究人员修改了大肠杆菌以产生软骨素硫酸盐，一种膳食补充剂，以治疗目前来自牛气管的关节炎的药物。

基因工程化的大肠杆菌用于制作长期的药物蛋白质，但花年需要数年的时间才能在这类链接糖分子中的最简单的含有硫酸化糖胺聚糖中的甚至是常用的药物和营养素。 。

“对工程师大肠杆菌产生这些分子是一个挑战，我们必须进行许多变化和平衡这些变化，以便细菌会很好地发展，”Mattheos Koffas，Lead Carcheners和Rensselaer的化学和生物工程教授说理工学院。“但是这项工作表明，可以使用无动物方式使用大肠杆菌生产这些多糖，并且可以延伸该方法以产生其他硫酸糖蛋白聚糖。”

在Rensselaer，Koffas与Jonathan Dordick的Jonathan Dordick教授合作，以及罗伯特Linhardt教授化学和化学生物学教授。所有三个都是生物技术和跨学科研究中心的成员。Dordick是使用酶用于材料合成和设计生物分子工具的先驱，以便开发更好的药物。Linhardt是一个Glycans专家，以及世界上最重要的血液肝素的最重要的当局，目前来自猪肠的硫酸糖胺聚糖。

Linhardt制定了第一个合成版肝素的肝素，所述工程大肠杆菌生产该药物具有与电流萃取过程或甚至化学酶过程相比的许多优点。

“如果我们制备硫酸软骨素化学酶，我们会挤成一克，需要一个月才能让我们打电话给我们并说，'嗯，现在我需要10克，”我们将不得不每月花钱Linhardt说，赚了10克。“虽然，随着发酵，你将工程有机体扔进烧瓶中，你有材料，无论是一克，还是10克或一公斤。这是未来。“

“赋予与动物中只发现生物合成途径的简单细菌的能力对于商业相关的尺度来说是关键的。同样重要的是，在大肠杆菌中生产的复杂药品在结构上与用作膳食补充剂的结构相同，“达德里克说。

Koffas概述了三个主要步骤，该团队必须建立到细菌中，以便产生软骨素硫酸盐：引入一个基因簇以产生未挤出的多糖前体分子，工程细菌以充分供应昂贵的硫磺供体分子，以及引入硫磺转移酶以将硫供体分子放入未硫化的多糖前体分子上。

介绍一个工作磺基转移酶酶提出了特别困难的挑战。

“磺基转移酶通过更复杂的细胞制成，”Koffas说。“当你把它们脱离一个复杂的真核细胞并将它们放入大肠杆菌中时，它们根本不起作用。你基本上没有什么。所以我们不得不做一些蛋白质工程来使它工作。“

该团队首先制备了酶的结构，然后使用算法来帮助识别它们可以使酶产生的突变产生稳定的版本，以产生在大肠杆菌中工作的稳定版本。

虽然改性的大肠杆菌产生了相对较小的产量 - 按照普通实验室条件下茁壮成长的微克（升）的序列，提供稳健的概念证明。

“这项工作是生物学的工程和制造中的里程碑，它在几个领域开设了新的途径，如治疗剂和再生药物，需要大量供应的特定分子，其产生衰老和疾病，”Deepak Vashishth表示CBI。“这种进步通过在renselaer cbis中的知识和资源的独特整合，在跨学科的环境中诞生和茁壮成长。”

参考：Abinaya Badri，Asher Williams，Adeola Awofiranye，Payel Datta，Ke Xia，Wenqin He，Keith Fraser，Jonathan S. Dordick，罗伯特J. Linhardt和Mattheos Ag Koffas，Jonatt J. Linhardt和Mattheos Ag Koffas，Keith Fradi，Tehera Awofiranye，Teaher Awofiranys，Ascheriams，Teeheriams，Keijhardtane，Jonathan S. Dordick。 ，Nature Communications.doi：
10.1038 / S41467-021-21692-5