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  • 科学家重新编程细菌 以制造用于药物的设计分子

      在设想无动物药物供应的情况下,科学家们首次对一种普通细菌进行了重新编程,以制造一种用于药品和保健品的设计多糖分子。根据 2021 年 3 月 2 日发表在《自然-通讯》上的论文,研究人员对大肠杆菌进行了改造,以生产硫酸软骨素,这种药物是最著名的治疗关节炎膳食补充剂,目前它的来源是牛气管。

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      基因工程大肠杆菌被用来制造一长串的药用蛋白质,但花了好几年时间才哄骗细菌生产出这一类链接糖分子中最简单的一种,被称为硫酸化糖胺聚糖,它经常被用作药物和保健品。通过工程设计让大肠杆菌产生这些分子是一个挑战,研究人员必须做出许多改变并平衡这些改变,这样细菌才能很好地生长,但这项工作表明,使用大肠杆菌以无动物的方式生产这些多糖是可能的,而且该程序可以扩展到生产其他硫酸化糖胺聚糖。”

      在伦斯勒,Koffas 与化学和生物工程研究员 Jonathan Dordick 以及化学和化学生物学教授 Robert Linhardt 合作。这三人都是生物技术和跨学科研究中心的成员。Dordick 是利用酶进行材料合成和设计生物分子工具以开发更好药物的先驱。林哈特是一位糖类专家,也是世界上最权威的血液稀释剂肝素的研究者之一,肝素是一种目前从猪肠中提取的硫酸化糖胺聚糖。

      开发出第一种合成版肝素的 Linhardt 表示,与目前的提取工艺甚至化学酶法工艺相比,工程化大肠杆菌生产该药物有很多优势。Koffas 概述了团队必须在细菌中建立的三个主要步骤,以便它能够生产硫酸软骨素,其中包括引入一个基因簇以产生未硫酸化的多糖前体分子,对细菌进行工程设计以制造充足的能量昂贵的硫供体分子,以及引入硫转移酶以将硫供体分子放到未硫酸化的多糖前体分子上。

      该团队首先制作了该酶的结构,然后使用一种算法来帮助识别它们,以便可以对该酶进行突变,以产生一个可以在大肠杆菌中工作的稳定版本。虽然修改后的大肠杆菌产生的产量相对较小,在每升微克的量级上,但它们在普通实验室条件下茁壮成长,提供了一个强大的概念证明。

      这项工作是生物制品工程和制造方面的一个里程碑,它为治疗和再生医学等几个领域开辟了新的途径,这些领域通常需要大量的特定分子供应。

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