Les produits pharmaceutiques à base d'alcaloïdes dérivés de plantes peuvent être des traitements puissants pour une variété de maladies. Mais obtenir ces puissants agents thérapeutiques à partir de plantes peut prendre beaucoup de temps et coûter beaucoup d'argent, car il faut souvent beaucoup de plantes pour fabriquer une petite quantité de produit médicamenteux.

Pourtant, les progrès de l'ingénierie métabolique des microbes pourraient conduire à des production plus rapide de médicaments déjà approuvés par la Food and Drug Administration (FDA). C'est la conclusion d'une étude publiée récemment dans Nature Chimie Biologie par Amy Ehrenworth, un doctorat étudiant, et Pamela Peralta-Yahya, professeur adjoint et conseiller d'Ehrenworth à l'École de chimie et de biochimie.

Les voies métaboliques sont au cœur de la solution, dit Peralta-Yahya. Ces voies sont comme des lignes de production comprenant les enzymes nécessaires à l'assemblage de produits spécifiques, comme les alcaloïdes thérapeutiques. Grâce aux progrès de l'ingénierie métabolique et de la biologie synthétique, les voies métaboliques des plantes peuvent être installées dans les microbes, permettant aux microbes de fabriquer les produits végétaux.

De nombreux médicaments à base de produits naturels végétaux sont produits par semi-synthèse. Cela implique généralement de prendre des composés de la plante et de les transformer chimiquement pour obtenir les produits médicamenteux souhaités à la fin de la chaîne de production.

Certaines de ces étapes chimiques peuvent être ardues. Dans le cas des alcaloïdes modifiés, Ehrenworth et Peralta-Yahya ont montré en 2015 que les microbes peuvent être modifiés pour les produire plus facilement. Pour le nouveau travail, Ehrenworth a étudié les bases de données de médicaments pour trouver des alcaloïdes candidats-médicaments éligibles pour des efficacités de production grâce à des microbes modifiés.

Lorsqu'il s'agit de réduire le coût de production des médicaments, "Notre idée était que nous ne devrions pas nécessairement utiliser des microbes modifiés pour fabriquer le produit naturel exact de la plante, " dit Peralta-Yahya. " Au lieu de cela, nous devrions utiliser des microbes modifiés pour fabriquer quelque chose qui se rapproche plus d'un médicament approuvé par la FDA. "

"Vous pouvez faire pousser des cuves de microbes pendant la nuit, c'est donc un processus beaucoup plus rapide, " Ehrenworth dit. " Vous ne tuez pas non plus d'arbres. "

Ehrenworth fait référence à l'arbre heureux chinois, la source du médicament alcaloïde camptothécine. Deux médicaments contre le cancer, topotécan et irinotécan, sont des dérivés de la camptothécine, et leur production commence à partir de l'alcaloïde naturel.

"Ces deux dérivés sont modifiés au même endroit sur la molécule, " dit Ehrenworth. L'ingénierie des microbes pour fabriquer le dernier intermédiaire commun avant les composés médicamenteux finaux réduirait les étapes chimiques requises.

Pour rechercher des médicaments qui bénéficieraient de ce type d'ingénierie métabolique, Ehrenworth a recherché des bases de données de plus de 2, 000 produits pharmaceutiques approuvés par la FDA disponibles sur Drugbank.ca, la FDA, et d'autres sources. Elle et Peralta-Yahya ont déterminé que sept médicaments alcaloïdes modifiés approuvés par la FDA seraient les cibles les plus bénéfiques pour l'ingénierie métabolique :la solifénacine, galantamine, cisatracurium, lévorphanol, butorphanol, irinotécan, et topotécan.

« J'ai été surpris par le nombre d'alcaloïdes modifiés pouvant être fabriqués à l'aide de la technologie actuelle, " dit Peralta-Yahya. " J'ai pensé qu'on en trouverait peut-être un ou deux. Mais il y en avait beaucoup, et vous pouvez littéralement commencer à travailler dessus demain."

Les chimistes et les biologistes n'ont pas besoin d'attendre que de nouvelles technologies ou de nouveaux procédés soient découverts ou construits, Peralta-Yahya ajoute. « Tout est là.