英國(guó)科學(xué)家開發(fā)轉(zhuǎn)基因西紅柿,可提供治療帕金森癥的藥物
對(duì)于減肥或者健身的人群來(lái)說(shuō),無(wú)論你對(duì)自己的食譜的設(shè)計(jì)多么苛刻,西紅柿肯定是你的不二之選。
西紅柿作為一種健康食品,富含維生素A、維生素C、以及胡蘿卜素和鈣、鐵、鋅、等多種元素,對(duì)降低膽固醇的含量,預(yù)防高血脂癥非常有益處。
但是你能想象西紅柿有朝一日會(huì)被用來(lái)治療帕金森癥嗎?
近日,由英國(guó)諾維奇研究園代謝生物學(xué)和生物化學(xué)系教授Cathie Martin與其合作者,開發(fā)了一種轉(zhuǎn)基因西紅柿,可提供治療帕金森癥的藥物。
相關(guān)工作以 “Metabolic engineering of tomato fruit enriched in L-DOPA” 為題發(fā)表在 Metabolic engineering 雜志上。
(來(lái)源:Metabolic engineering)
帕金森病治療的困境
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截至 2015 年,全球約有 620 萬(wàn)人患有帕金森病,并造成 11.7 萬(wàn)人死亡。其中 60 歲以上的老人是該病的高發(fā)群體,因此帕金森病也被稱作 “老年人殺手”。
但不幸的是,帕金森病目前無(wú)法治愈,大家熟悉的拳王阿里,曾經(jīng)叱咤拳壇,無(wú)奈罹患此病,也只能肢體僵硬,手腳震顫地度過晚年,讓人不勝唏噓。
而在當(dāng)前的醫(yī)學(xué)治療中,通常以改善癥狀為主要治療方式,在病情初始階段使用左旋多巴(L-DOPA),配合使用多巴胺激動(dòng)劑進(jìn)行治療。
L-DOPA 也被稱為 Levodopa 或 L-3,4 - 二羥基苯丙氨酸,是一種非標(biāo)準(zhǔn)氨基酸。自 1967 年作為一種藥物問世以來(lái),一直是治療帕金森病的黃金標(biāo)準(zhǔn)藥物。它也是世界衛(wèi)生組織(WHO)宣布的基本藥品之一,其市場(chǎng)價(jià)值高達(dá)數(shù)千億美元。
然而帕金森病在發(fā)展中國(guó)家是一個(gè)日益嚴(yán)重的問題,許多人并負(fù)擔(dān)不起每天 2 美元的合成 L-DOPA 價(jià)格。尤其是那些失去勞動(dòng)能力的老年人。
顯然,Cathie Martin 等人的研究成果對(duì)于這些處于困境的患者來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一棵救命稻草。
研究人員表示,我們可以用相對(duì)較少的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)種植這種西紅柿,并以相對(duì)較低的成本將其擴(kuò)植。這樣一來(lái),這種轉(zhuǎn)基因西紅柿將使這種昂貴的藥品在發(fā)展中國(guó)家能夠負(fù)擔(dān)得起。
通常來(lái)說(shuō),藥物的合成方式有化學(xué)合成,也有天然來(lái)源。Cathie Martin 團(tuán)隊(duì)選擇采用能夠產(chǎn)生 L-DOPA 的西紅柿來(lái)源,還有望消除化學(xué)合成 L-DOPA 所產(chǎn)生的惡心、嘔吐等不良影響。
可能大家會(huì)問,在天然來(lái)源中只有少數(shù)植物可進(jìn)行基因合成操作。為什么在這些有限的植物中,偏偏選中了西紅柿?
為什么是西紅柿?
在有限可以積累 L-DOPA 的植物來(lái)源中,研究最多的不是西紅柿而是刺毛黧豆(Mucuna pruriens),其種子中含有高達(dá) 10% 的 L-DOPA。
可這種來(lái)源植物遠(yuǎn)非理想選擇,刺毛黧豆覆蓋黧豆毛刺,會(huì)在收獲農(nóng)作物的田間工作者中引起刺激和過敏反應(yīng),而豆類本身還含有高水平的色胺(Tryptamine),可能導(dǎo)致帕金森病患者產(chǎn)生幻覺。
為了探索增加積累 L-DOPA 植物品種的可能性,科研人員引入了甜菜素 (betalains) 生物合成途徑中將酪氨酸 (tyrosine) 轉(zhuǎn)化為 L-DOPA 的酶,從而產(chǎn)生了富含 L-DOPA 的西紅柿果實(shí)。
圖 | 對(duì)西紅柿果實(shí)中L-DOPA水平進(jìn)行分析
研究表明,可從約 1 千克該改良版西紅柿中生產(chǎn) 150 毫克 L-DOPA。同時(shí),研究人員對(duì)比發(fā)現(xiàn),增加西紅柿中 L-DOPA 水平還可以延長(zhǎng)保質(zhì)期。這與其基因表達(dá)改變后增強(qiáng)抗氧化能力、減少細(xì)胞壁降解、收獲后硬度提高以及疾病易感性降低有關(guān)。
論文作者之一 Dario Breitel 博士表示:“我們已經(jīng)證明可以使用轉(zhuǎn)基因西紅柿作為 L-DOPA 的來(lái)源。這進(jìn)一步證明了西紅柿是合成生物學(xué)的最優(yōu)選擇之一!
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