تولید داروهای ضد مالاریا توسط مخمرها

[nedasoltani]

وندل لیم از دانشگاه کالیفرنیا در سانفرانسیسکو با علاقمندی از سرآغاز شیمی آلی یاد می‌کند. فرآورده‌های آن امروزه همه جا هستند. لیم بر این باور است که زیست شناسی فراروی تحول مشابهی قرار دارد. به گفته لیم: «احتمالاً در دهه‌های آتی انقلاب مشابهی را در زیست شناسی مشاهده خواهیم کرد.» در حقیقت زیست شناسی ترکیبی در حال حاضر تولید مواد شیمیایی را در میکروارگانیسم‌ها میسر می‌سازد. در این حیطه نیز اولین موفقیت‌ها، موفقیت‌های نسخه برداری شده بودند.مقر شرکت آمیریس در امریویل کالیفرنیا است. این شرکت در حوزه‌ی نوپای زیست شناسی ترکیبی پیشگام محسوب می‌شود، که چیزهای امکان پذیر را اثبات می‌کند.جی کیسلینگ، پروفسور زیست شناسی از دانشگاه برکلی، در سال 2003 به همراه دیگر محققان این شرکت را تأسیس کرد. ایده‌ی آنان تولید داروی مالاریا، آرتمیسینین، توسط مخمرها بود. تاکنون باید این دارو به سختی از گیاهان به دست می‌آمد. از یک کیلوگرم برگ خشکیده نوعی درخت حدود هشت گرم آرتمیسینین به دست می‌آید.مؤسسه گیتز از این شرکت نوپا با بیش از 40 میلیون دلار حمایت مالی کرد. تأثیر ناشی از کار این شرکت می‌تواند بسیار عظیم باشد: بیش از یک میلیون نفر سالانه جان خود را در اثر بیماری مالاریا از دست می‌دهند و همواره عوامل بیماری‌زا در برابر بسیاری از داروها مقاوم هستند. چون آرتمیسینین نیز علیه این تک سلولی مزاحم مؤثر است، سازمان بهداشت جهانی در سال 2000 آن را به عنوان اولین خط دفاعی در برابر این بیماری اعلام کرد. اما از آنجا که 14 ماه طول می‌کشد تا دانه گیاه به دارو تبدیل شود، همواره نوسان‌هایی در دسترس پذیری و قیمت دارو پیش می‌آید.محققان شرکت آمیریس ژن‌های تعیین کننده‌ی گیاه را در مخمرها کپی کرده و بدین ترتیب سلول‌ها را به کارخانه‌های آرتیمیسینین مبدل ساخته‌اند. البته کپی برداری به هیچ وجه ساده نیست. به گفته‌ی نیل رنینگر، یکی از بانیان شرکت: «مسئله فقط وادار کردن یک سلول به خواندن چندباره‌ی یک ژن نیست. ما مسیر تولید کاملی را به این سلول‌ها افزوده‌ایم.» در حقیقت مخمرها همانند یک مسیر تولید همواره در معرض بهینه سازی بوده‌اند. در اصل سلول‌ها سرشار از چنین مسیرهای تولیدی هستند: ژن‌های موجود در هسته‌ی سلول راهنمای ساخت پروتئین‌ها هستند و هر پروتئین در سلول مانند یک کارگر در نوار تولید زنجیره‌ای کار ویژه‌ای را انجام می‌دهد، یک مولکول را به مولکول دیگری تبدیل می‌کند.در ابتدا بایستی ژن‌های جدید افزوده شوند، طوری که سلول در اصل اسید آرتیمیسین مطلوب (پیش ساز آرتیمیسینین) را تولید کند. رنینگر می‌گوید:«سپس مجبور شدیم ژن‌های دیگر را چنان تغییر دهیم که سلول همه‌ی منابع غیر ضروری برای حیات را در تولید این داروی شیمیایی به کار گیرد.» ژن‌ها تقویت یا همزمان دوبرابر می‌شوند، انشعابات فرعی متوقف می‌شوند و فعالیت پروتئین‌های ویژه چنان با یکدیگر تطبیق می‌یابد که در این میان اختلالی به وجود نمی‌آید. زیرا اگر یک فرآورده میانی انباشته شود، می‌تواند برای سلول سمی باشد یا تولید را مختل سازد. «نتیجه سلولی است که دقیقاً برای امر خاصی تنظیم شده است: تولید اسید آرتیمیسینین.»در این میان شرکت داروسازی زانوفی این پروژه را بر عهده گرفته است و قصد دارد در سال 2012 تولید صنعتی را شروع کند. به گفته‌ی لارنس گلدن برگ، زیست شناس شاغل در زانوفی: «ما در سال آینده نیز با کمبود آرتیمیسینین مواجه خواهیم بود. از این رو هدف ما این است که هر چه سریع تر این دارو را وارد بازار کنیم.»آرتیمیسینین مطلوب‌ترین مثال برای طرفداران زیست شناسی ترکیبی است. اما تعداد زیادی از پروژه‌های مشابه وجود دارد. موفقیت بزرگ بعدی می‌تواند سوخت‌ها باشد. به گفته‌ی مارتین فوسنگر، محقق بازلی: «در سال‌های آتی مطمئناً اولین نقاط عطف از این حوزه سربرخواهند آورد.» ظاهراً صنعت و دولت دقیقاً همین دیدگاه را دارند. وزارت انرژی آمریکا در سال 2009 و 2010، 300 میلیون دلار را در بخش زیست شناسی ترکیبی سرمایه گذاری کرد. اکسون موبایل از تحقیقات بیوتکنولوژیکی کرایگ ونتر با 60 میلیون دلار حمایت می کند و در این حوزه تعداد زیادی از شرکت‌های کوچک نیز حضور دارند.شرکت Gevo درواقع آماده است تا با کمک میکروارگانیسم ها ایزوبوتانول را از شکر تولید کند. به این منظور محققان از مولکول‌هایی استفاده می‌کنند که در واقع برای تولید اسیدهای آمینه به کار می‌روند. بنا به اظهار فرانس آرنولد، یکی از بانیان این شرکت: «اگر شما یکی از محصولات میانی را بردارید و دو گام پیش بروید، آنگاه به جای اسید آمینه والین، ایزوبوتانول خواهید داشت.» الکل به عنوان سوخت مناسب تر از اتانول است.آمیریس نیز در بخش (تولید) بیودیزل مشغول کار است. محققان این شرکت مخمرها را وادار ساختند که به جای تولید اسید آرتیمیسین فارنزن، مولکول بلندی از 15 اتم کربن تولید کنند. رنینگر با افتخار مي‌گويد: «این فقط یک هفته کار داشت.» زیرا تولید هر دو ماده در سلول فقط در مراحل آخر متفاوت است.اگر فارنزن ها با اکسیژن اشباع شوند، مولکولی به وجود می آید که به عنوان بیودیزل کارکرد مناسبی دارد. اما هنوز راه طولانی در پیش است تا این ماده بتواند از نظر قیمت با دیزل برابری کند. به گفته‌ی رنینگر: «محققان ما از این بابت کاملاً اطمینان دارند، ما این ماده شیمیایی عالی را تولید می‌کنیم و سپس آن را با اتم‌های اکسیژن اشباع می‌کنیم تا آن را بسوزانیم.» این مولکول را می‌توان با دستکاری به روغن‌ها و کرم‌های پوست نیز تبدیل کرد و اینها ارزش‌شان بیشتر است. آمیریس قصد دارد در سال جاری شش تا نه میلیون لیتر فارنزن تولید کند. Gevo و دیگر شرکت‌ها نیز مرکز توجه خود را از مواد سوختی به مواد شیمیایی تغییر می‌دهند.محققان قصد دارند دیگر محصولات پتروشیمی را نیز جایگزین سازند. امروزه هزاران ماده از نفت و گاز خام تولید می‌شود: چسب، مواد مصنوعی، گازهای صنعتی، رنگ‌ها، مواد آرایشی، موم شمع‌ها و واکس‌های کفش، ترکیبات گوگردی در وسایل آتش بازی یا لاستیک‌های اتومبیل‌ها. به گفته‌ی جورج چرچ، محقق مؤسسه فناوری ماساچوست: «تصورش را بکنید این روند چه چیزهایی را به همراه دارد: فراورده‌های زاید سمی، آلودگی محیط زیست، خلیج مکزیک.این یک کابوس شیمیایی است.» وی میکروارگانیسم‌ها را به عنوان راه حل می‌داند: «ما نیاز به دماهای بالا و عناصر کمیاب نداریم.» درو باکتری‌ها به جای سوزاندن گاز و نفت. وی بر این باور است که: «بدین سان امکان ایجاد صنعت کاملاً جدیدی به وجود می‌آید. یکی از این شرکت‌ها می تواند اکسون بعدی باشد.»چرچ همچنان ادامه می‌دهد. وی با طرح این سؤال تلفن همراه خود را بالا می‌گیرد: «چرا ما نباید این را اینجا در سلول‌ها تولید کنیم؟ من می‌گویم چیزی وجود ندارد که ما در حال حاضر تولید کنیم و نتوان آن را توسط طبیعت تولید کرد.» چرچ در مورد قیمت نیز محاسباتی کرده است، وی می‌گوید:« همه چیز بایستی 2/0 دلار به ازاء هر کیلوگرم تمام شود. در نهایت شما با این قیمت می‌توانید چوب را نیز بسازید و این فرآورده‌ی طبیعی بسیار هنرمندانه است.» البته اینها هنوز طنین آرزو با خود دارند. درست همانند ایده‌ی 200 سال پیش تولید ماده شیمیایی اوره‌دار از مواد غیرزنده.