ニューヨーク州トロイ—動物を含まない医薬品の供給を想定して、科学者は初めて—一般的な細菌を再プログラムして、医薬品や栄養補助食品で使用されるデザイナー多糖類分子を作成しました。 本日公開 ネイチャー·コミュニケーションズ、研究者らは、現在牛の気管から供給されている関節炎を治療するための栄養補助食品として最もよく知られている薬剤であるコンドロイチン硫酸を生産するように大腸菌を改変しました。

遺伝子操作された大腸菌は、薬用タンパク質の長いリストを作成するために使用されますが、硫酸化グリコサミノグリカンと呼ばれるこのクラスの最も単純な結合糖分子でさえ、薬物や栄養補助食品としてよく使用されるように細菌を誘導するのに何年もかかりました。 。

レンセラー工科大学の主任研究員で化学および生物工学の教授であるMattheosKoffasは、次のように述べています。「これらの分子を生成するように大腸菌を設計することは困難です。工科大学。 「しかし、この研究は、大腸菌を使用してこれらの多糖類を動物を使わずに生産することが可能であり、手順を拡張して他の硫酸化グリコサミノグリカンを生産できることを示しています。」

レンセリアーでは、コファスはジョナサン・ドルディックと化学および生物工学の教授、ロバート・リンハルトと化学および化学生物学の教授と協力しました。 XNUMX人全員がバイオテクノロジーおよび学際的研究センターのメンバーです。 ドーディックは、材料合成に酵素を使用し、より優れた薬剤を開発するための生体分子ツールを設計するパイオニアです。 リンハルトは糖鎖の専門家であり、現在豚の腸に由来する硫酸化グリコサミノグリカンである抗凝血剤ヘパリンに関する世界有数の権威です。

ヘパリンの最初の合成バージョンを開発したLinhardtは、大腸菌を操作して薬剤を製造することには、現在の抽出プロセスや化学酵素プロセスに比べて多くの利点があると述べました。

「コンドロイチン硫酸を化学酵素的に調製し、10グラムを作ると、作るのに10か月かかります。誰かが私たちに電話して、「今、私は10グラムが必要です」と言うと、さらにXNUMXか月を費やす必要があります。 XNUMXグラムを作る」とリンハルトは言った。 「一方、発酵では、操作された有機体をフラスコに入れて、XNUMXグラム、XNUMXグラム、またはキログラムの材料を手に入れます。 これが未来です。」

「動物にのみ見られる生合成経路を単純な細菌に与える能力は、商業的に適切な規模での合成にとって重要です。 同様に重要なのは、大腸菌で製造した複雑な医薬品が、栄養補助食品として使用されているものと構造的に同じであることです。」 ドーディックは言った。

コファスは、コンドロイチン硫酸を生成するためにチームがバクテリアに組み込む必要のあるXNUMXつの主要なステップを概説しました。遺伝子クラスターを導入して非硫酸化多糖前駆体分子を生成すること、バクテリアを操作してエネルギー的に高価な硫黄ドナー分子を十分に供給することです。硫黄トランスフェラーゼ酵素を導入して、硫黄供与体分子を非硫酸化多糖前駆体分子に配置します。

実用的なスルホトランスフェラーゼ酵素の導入は、特に困難な課題をもたらしました。

「スルホトランスフェラーゼは、はるかに複雑な細胞によって作られています」とコファス氏は述べています。 「複雑な真核細胞から取り出して大腸菌に入れると、まったく機能しなくなります。 基本的に何も得られません。 そのため、それを機能させるには、かなりのタンパク質工学を行う必要がありました。」

チームは最初に酵素の構造を作成し、次にアルゴリズムを使用して酵素に加えることができる変異を特定し、大腸菌で機能する安定したバージョンを作成しました。

改変された大腸菌は、XNUMXリットルあたりマイクログラムのオーダーの比較的小さな収量を生み出しますが、通常の実験室条件下で繁殖し、強力な概念実証を提供します。

「この研究は、生物製剤の工学と製造における画期的な出来事であり、加齢や病気で生産が失われる特定の分子の大量供給を必要とする治療や再生医療などのいくつかの分野で新しい道を開きます」と、DeepakVashishthのディレクターは述べています。 CBIS。 「このような進歩は、レンセリアCBISで利用可能な知識とリソースの独自の統合によって可能になった学際的な環境で誕生し、繁栄します。」

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「Escherichiacoliにおける硫酸化コンドロイチンの完全な生合成」が本日、 ネイチャー·コミュニケーションズ 国立科学財団助成金CBET-1604547の支援を受けて。 Dordick、Linhardt、およびKoffasは、Abinaya Badri、Asher Williams、Adeola Awofiranye、Payel Datta、Ke Xia、Wenqin He、KeithFraserがRensselaerでの調査に参加しました。 公開されると、論文はDOI：10.1038 / s41467-021-21692-5を使用して見つけることができます。

レンセラー工科大学について

1824年に設立されたレンセラー工科大学は、アメリカで最初の技術研究大学です。 Rensselaerには、32つの学校、145の研究センター、7,900を超える学術プログラム、100,000人を超える学生と145人を超える同窓生で構成されるダイナミックなコミュニティが含まれています。 Rensselaerの教職員と卒業生には、200人を超える国立アカデミーのメンバー、XNUMX人の全米発明家殿堂のメンバー、XNUMX人の国家技術賞の受賞者、XNUMX人の国家科学賞の受賞者、およびノー​​ベル物理学賞の受賞者が含まれます。 Rensselaerは、科学技術の知識を進歩させてきたXNUMX年近くの経験を持ち、創意工夫とコラボレーションの精神でグローバルな課題に取り組むことに引き続き注力しています。 詳細については、http：// wwwをご覧ください。rpi。edu。