在细菌细胞中改进药物制造的过程比我们想象的要快

比起我们现在拥有的更实惠、更可持续的药物选择，我们用于治疗高血压、疼痛或记忆丧失的药物可能有一天会来自于在酸奶一样的大桶中培养的工程细菌。多亏了德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们开发的一种新的细菌工具，在细菌细胞中改进药物制造的过程可能比我们想象的要快。

几十年来，研究人员一直在寻找方法，使药物生产比制药公司目前的工艺更经济、更可持续，其中许多工艺既依赖于植物作物，也依赖于石油。使用细菌被认为是一种很好的有机替代品，但检测和优化治疗分子的生产是困难和耗时的，需要数月的时间。在本周《自然化学生物学》(Nature Chemical Biology)上发表的一篇新论文中，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究小组介绍了一种来自大肠杆菌的生物传感器系统，该系统可以在短短几小时内准确检测出各种治疗性化合物。

“我们正在研究如何赋予细菌类似嗅觉受体或味觉受体的‘感官’，并利用它们来检测它们可能产生的各种化合物，”分子生物科学教授、该论文的通讯作者安德鲁·艾灵顿(Andrew Ellington)说。

我们服用的许多药物都是从植物中提取的成分(例如，吗啡，一种来自罂粟的麻醉止痛药，加兰他敏，一种治疗痴呆症的药物，来自水仙花)。从这些植物中提取药物是复杂和资源密集型的，需要水和土地来种植这些作物。供应链很容易被打乱。农作物会被洪水、火灾和干旱破坏。使用合成化学技术来获得类似的治疗成分也带来了问题，因为这个过程依赖于石油和以石油为基础的产品，会造成浪费和费用。

细菌是一种廉价、高效、可持续的替代品。细菌的遗传密码很容易被操纵，成为药物生产的工厂。在一个被称为生物合成的过程中，细菌的生物系统被利用来产生特定的分子，这是自然细胞过程的一部分。细菌可以高速复制。他们所需要做的就是糖。

不幸的是，到目前为止，制造商还没有办法快速分析不同菌株的工程细菌，以确定哪些菌株能够以商业量生产所需的药物。按照目前的技术，准确分析数千株被改造成优秀生产者的菌株可能需要数周或数月的时间，但使用新的生物传感器只需要一天。

“目前还没有针对大多数植物代谢物的生物传感器，”分子生物科学系的研究科学家、该论文的第一作者西蒙·德·奥尔斯尼茨(Simon d’oelsnitz)说。“有了这项技术，应该有可能为各种药物制造生物传感器。”

由d’oelsnitz, Ellington和他的同事开发的生物传感器能够快速而准确地确定一株细菌产生的特定分子的数量。该团队为几种常见药物开发了生物传感器，如用于治疗肌肉痉挛的止咳药和血管扩张药。x射线晶体学家Wantae Kim和Yan Jessie Zhang拍摄的生物传感器分子图像准确地展示了他们如何紧紧抓住他们的伴侣药物。当药物被生物传感器检测到时，它会发光。此外，该团队改造了他们自己的细菌，使其产生在几种fda批准的药物中发现的化合物，并使用生物传感器来分析产品产量，本质上展示了工业可能如何采用生物传感器来快速优化化学品生产。

“虽然这不是第一个生物传感器，”d’oelsnitz说，“但这项技术可以使它们开发得更快、更有效。反过来，这也为使用生物合成技术生产更多药物打开了大门。”