這是合成生物學(xué)至今最復(fù)雜的壯舉之一：一群研究人員將植物，細(xì)菌和嚙齒動(dòng)物基因混合導(dǎo)入酵母菌中。改造過(guò)的酵母菌成功地將糖轉(zhuǎn)化為蒂巴因（thebaine）—嗎啡等強(qiáng)大止痛藥物的前體。該研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步調(diào)整過(guò)的酵母可以產(chǎn)生氫可酮，一種廣泛使用的，由蒂巴因化學(xué)合成的止痛藥。這篇文章發(fā)表在最新的Science。

“這是一個(gè)重大的里程碑，”Jens Nielsen，瑞典哥德堡查爾姆斯理工大學(xué)的合成生物學(xué)家評(píng)價(jià)說(shuō)，“這項(xiàng)工作展示了合成生物學(xué)日益精益地將復(fù)雜的代謝途徑轉(zhuǎn)移到微生物的發(fā)展。

通過(guò)調(diào)整酵母途徑，藥物化學(xué)家能夠生產(chǎn)更有效，成癮性更低的阿片類止痛藥的版本。但一些生物政策專家們擔(dān)心，制造嗎啡的酵母菌株會(huì)被非法的制藥商利用，就如同在家自己釀造啤酒一樣的制造海洛因。這種擔(dān)憂使得研究小組的領(lǐng)頭人Christina Smolke—斯坦福大學(xué)的合成生物學(xué)家，決定在使酵母菌株的產(chǎn)生完整的嗎啡生成途徑之前停止。而藥品制造商可以使用產(chǎn)物蒂巴因做出新的化合物。

合成生物學(xué)家此前設(shè)計(jì)生產(chǎn)青蒿素（抗瘧疾藥物）的酵母菌，但這僅需要插入少數(shù)植物的基因。為了讓酵母菌產(chǎn)生蒂巴因，Smolke團(tuán)隊(duì)改造細(xì)胞表達(dá)一共21個(gè)基因，來(lái)自多種物種（見(jiàn)圖），而生產(chǎn)氫可酮更需要23個(gè)基因。

他們的成功，似乎是在競(jìng)爭(zhēng)中獲得。去年，Smolke的研究小組就已經(jīng)報(bào)告了工程酵母可以執(zhí)行蒂巴因到嗎啡轉(zhuǎn)換的過(guò)程。今年四月，Vincent Martin，加拿大Concordia大學(xué)的一個(gè)微生物學(xué)家，和他的同事表示，他們已經(jīng)改造酵母菌，可以完成更早的中間化合物R-reticuline轉(zhuǎn)化到嗎啡的過(guò)程。幾個(gè)星期后，John Dueber，加州大學(xué)伯克利分校的合成生物學(xué)家，和他的同事宣布他們改造的酵母菌可以進(jìn)行從葡萄糖到另一中間化合物S-reticuline途徑的前半部分。六月下旬，另外兩組科研隊(duì)伍宣布他們確定了一直在尋找的從S-reticuline轉(zhuǎn)化到R-reticuline需要的酶。即便如此，許多人仍然預(yù)言需要幾年時(shí)間才能把所有發(fā)現(xiàn)拼在一起。而事實(shí)證明，早在五月Smolke和她的同事在很大程度上已經(jīng)完成了這個(gè)任務(wù)。

Smolke計(jì)劃繼續(xù)改善這個(gè)成果。酵母菌需要將產(chǎn)量增加10萬(wàn)倍才能引起制藥公司的興趣。這并不容易。但有科學(xué)家指出已經(jīng)有研究人員將酵母制作的青蒿素產(chǎn)出增加了類似的倍數(shù)。所以這都可以發(fā)生，唯一的問(wèn)題是如何快速實(shí)現(xiàn)。

為了跟上酵母工程的發(fā)展，政策專家需要制定新規(guī)則，限制工程微生物意外使用的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)槭巧a(chǎn)阿片類藥物的酵母，規(guī)定需要考慮禁止發(fā)展菌株生產(chǎn)非法藥物如海洛因，并要求科學(xué)家構(gòu)建相關(guān)基因以防止微生物流出實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。