Veel veelgebruikte medicijnen zijn nog steeds afkomstig van planten. Scopolamine, gebruikt voor bewegingsziekte en om postoperatieve misselijkheid te behandelen, wordt gemaakt van planten in de nachtschadefamilie. Digoxine, een hartmedicijn, is afkomstig van de vingerhoedskruidplant. Codeïne en andere opioïde pijnstillers zijn afgeleid van opiumpapavers.
Maar planten die worden gebruikt om medicijnen te maken, zijn soms bedreigd of duur. Een slecht groeiseizoen of geopolitieke instabiliteit in de regio waar een plant wordt gekweekt, kan een afname van het medicijnaanbod veroorzaken.
Nu heeft een wetenschapper van Stanford ontdekt hoe hij de moleculaire 'fabriek' in een bedreigde plant kan isoleren en in een andere, breder verkrijgbare plant kan monteren.
"Dit was een uitdaging, want planten zijn behoorlijk ingewikkeld", zegt Elizabeth Sattely, professor in de chemische technologie. “Ze zijn behoorlijk moeilijk om mee te werken. Hun genomen zijn erg ingewikkeld. "
Sattely en haar team werkten met een Himalaya-plant genaamd de mayapple, die voorlopers produceert van een veel gebruikt chemotherapie-medicijn genaamd etoposide. Etoposide wordt gebruikt voor de behandeling van verschillende soorten kanker, waaronder lymfoom, longkanker, testiculaire kanker en sommige soorten leukemie en hersenkanker. Het staat op de lijst van essentiële medicijnen van de Wereldgezondheidsorganisatie - medicijnen die cruciaal worden geacht voor het functioneren van het medische systeem. Maar mayapple groeit langzaam en het aanbod daalt al jaren door de grote vraag.
Nauw beseft dat de chemische assemblagelijn van mayapple opstart als reactie op de bladeren die gewond zijn geraakt. Zodra dit letsel zich voordoet, begint de plant een aantal eiwitten te produceren. Sommige van deze eiwitten produceren uiteindelijk de voorloper van etoposide. Maar de grote vraag was welke eiwitten? Er waren er meer dan 30 aanwezig, maar ze waren niet allemaal betrokken bij het maken van de voorloper.
"Wat hier cruciaal was, was echt onze lijst met kandidaten beperken", zegt Sattely.
Zij en haar team probeerden verschillende combinaties van eiwitten uit totdat ze erachter kwamen welke 10 de lopende band vormden. Vervolgens brachten ze de genen die deze 10 eiwitten maakten in een andere plant. De plant die ze kozen was Nicotiana benthamiana, een wild familielid van tabak, gekozen omdat het overal verkrijgbaar is en gemakkelijk in een laboratorium te kweken is. De Nicotiana- plant begon de etoposide-voorloper te produceren, net als mayapple. Sattely en haar afgestudeerde student, Warren Lau, publiceerden hun ontdekking in het tijdschrift Science .
"Dit is een heel mooi proof of concept", zegt Sattely.
Sattely hoopt uiteindelijk microben, zoals gist, dezelfde moleculen te laten produceren en planten volledig over te slaan. Als ze slaagt, zal ze zich aansluiten bij een aantal wetenschappers die hebben bedacht hoe ze micro-organismen kunnen veranderen in fabrieken die geneesmiddelen produceren. Deze week kondigden Duitse wetenschappers aan dat ze genetisch gemodificeerde gist THC hadden gemaakt, de stof in marihuana die de "high" produceert en kan helpen bij de behandeling van bijwerkingen van chemotherapie en andere ziekten. Vorige maand publiceerden onderzoekers van Stanford resultaten die aantoonden hoe ze gist hydrocodon hadden laten produceren, een opioïde pijnstiller vergelijkbaar met morfine. De doorbraak heeft het potentieel om dergelijke medicijnen goedkoper en toegankelijker te maken. In 2013 hebben chemische ingenieurs in Berkeley genetisch gemodificeerde gist overgehaald om anti-malariamedicijnen te produceren.
Het maken van medicijnen met gist is nog eenvoudiger en goedkoper dan het gebruik van gewone laboratoriumfabrieken. De benodigdheden zijn ongelooflijk goedkoop en gemakkelijk te produceren, nemen weinig ruimte of speciale zorg in beslag en kunnen eindeloos worden gemanipuleerd.
"De belofte op het gebied van synthetische biologie is dat je cellen kunt laten maken of doen wat je wilt, " zegt Sattely.
Maar er is nog veel te leren van planten en de chemicaliën die ze produceren. Naarmate de moleculaire productiepaden van planten beter worden begrepen, kunnen wetenschappers leren ze te manipuleren, waardoor mogelijk betere medicijnen met minder bijwerkingen worden geproduceerd.
"Planten zijn enkele van de beste moleculaire fabrieken in de natuur, " zegt Sattely. "We moeten veel leren over deze moleculen die zo belangrijk zijn voor de menselijke gezondheid en ook voor de gezondheid van planten."
