斯坦福大学的生物工程师已经找到了一种方法来制造noscapine，一种非麻醉性咳嗽抑制剂，在罂粟中天然存在于酿酒酵母中。

研究人员将25个外源基因插入到单细胞真菌中，使其成为生产该药物的有效工厂。许多插入的基因来自罂粟，但有几个来自其他植物，甚至来自大鼠。所有这些基因都是酶的配方：蛋白质机器，它们一起工作，可以用简单的原料制造复杂的物质。

研究人员还修改了一些植物，大鼠和酵母基因，以及酵母增殖的培养基，以帮助一切更好地协同工作。结果是，与将植物和大鼠基因插入酵母中可获得的相比，诺斯卡品产量提高了18,000倍。

“这种技术将改变我们制造基本药物的方式，”生物工程学教授Christina Smolke博士说。

她说，对于商业可行性而言，还需要进一步改善百倍，但通过用大型生物反应器替代简单的实验室烧瓶，可以实现大部分改善。

一篇描述该研究的论文将于4月2日在线发表在“美国国家科学院院刊”上。Smolke是资深作者。Yanran Li博士，前博士后学者，现任加州大学河滨分校化学与环境工程助理教授，博士后学者Sijin Li博士，共同担任主要作者。

承诺作为抗癌药物

Noscapine的咳嗽抑制能力于1930年被发现。该药物自20世纪60年代以来被广泛用作整个亚洲，欧洲和南美洲以及加拿大，澳大利亚和南非的咳嗽药物。临床前试验表明，noscapine作为一种抗癌药物的潜力可能比现有的化学疗法对健康细胞的毒性更小。

但唯一可行的诺斯卡品来源是鸦片罂粟。每年从植物中提取出大量的诺斯卡品，需要整整一年才能成熟。虽然诺斯卡品本身是无害的，但罂粟花的非法潜力需要昂贵的控制和限制性法规。这些植物只能在集中的地理区域合法种植。为诺斯卡品生产的所有罂粟的一半在澳大利亚，其余的主要在印度，法国，土耳其和匈牙利，使得全球诺斯卡品产量受当地环境事件和不同土壤和营养条件的影响。此外，天然存在的诺斯卡品必须与酵母中不存在的许多分子伴侣(麻醉剂和其他分子伴侣)彻底分离。

酵母Smolke的生物工程组可以在三到四天内喷出大量的诺斯卡品。研究人员通过将诺斯卡品生物合成途径的三个独立部分缝合成单个酵母菌株来实现该结果。

斯莫尔克说，最初，诺斯卡品的产量微薄。“传统上，我们从自然界获得了我们的药物，主要来自植物。但是植物的分子装配线已经发展到优化植物的生存，而不是生产我们人类想要获得的一种物质的桶。 ，“ 她说。“另外，我们将它们放入我们的酵母菌株，这是外来的草皮。酵母细胞和罂粟细胞有很多共同点，但在某些方面它们与地球和火星不同。”

每种酶都催化其自身有限的一系列化学反应。因此，复杂化学品的合成需要不同酶的整个组装线彼此协同工作，理想情况是生产链中的每种酶产生足够的给定中间产物以保持下一个繁忙。与工厂传送带一样，活动太少或太多，在任何时候都会堵塞生产线。酶也需要能量供应，其中一些需要额外分子的帮助，这些分子可能在它们来自的生物体中很多，但不一定在酵母细胞中。

火星上的士兵

“就好像我们从不同的单位抓住了几十名士兵，将他们部署在火星上，然后告诉他们每个人，'现在，我不仅要把你送到火星上，而且我希望你能在这里做一些认真的工作“我想让你和以前没有合作过的其他士兵一起工作 - 很多人都是陌生人，”斯莫尔克说。“祝你好运。我们修改它们以保持它们在这个星球上的形状，并相互更好地相处，我们推动酵母帮助这些酵素获取完成工作所需的资源。”

其中包括指导多巴胺产生的大鼠基因的剪接，多巴胺是诺斯卡品合成的关键中间体。多巴胺在植物中的产量知之甚少，但由于多巴胺作为动物神经系统中的关键化学物质的重要性，已经对在哺乳动物中产生它的酶进行了深入研究。

科学家使用CRISPR(一种基因编辑工具)来改变插入的基因，以便他们编码的酶在其新家的异乎寻常的酸度，渗透特性和化学成分中最有效地发挥作用。他们还加强了酵母生产的一种化学物质，否则其水平太低而无法维持强大的诺斯卡品生产。

“我们不再局限于大自然可以制造的东西，”斯莫尔克说。“我们正在走向一个可以借用大自然的医药制造工艺的时代，并利用基因工程，建立能够满足我们想要的微型生活工厂。”

斯坦福大学的技术许可办公室拥有与本研究结果相关的知识产权专利。

Antheia Inc.是一家位于加利福尼亚州门洛帕克的生物技术公司，Smolke于2015年共同创立，该公司已获得斯坦福大学的技术许可，目前正致力于将酵母中的诺斯卡品生产商业化。Smolke是Antheia的首席执行官。