Andrew Jones de l'Université de Miami et son équipe d'étudiants ont peut-être d'abord développé une recherche.

Grâce à l'ingénierie métabolique, ils ont découvert un moyen de produire de manière durable un candidat médicament prometteur pour aider les patients souffrant de dépression résistante au traitement.

Leurs résultats sont publiés dans la revue Metabolic Engineering intitulée, "La production in vivo de psilocybine dans E. coli ."

La psilocybine est maintenant en essais cliniques, et les professionnels de la santé voient des résultats prometteurs pour son utilisation dans le traitement de la toxicomanie, dépression et trouble de stress post-traumatique chez l'homme.

Jones, professeur assistant au département de chimie de Miami, papier, et génie biomédical, croyait qu'il pouvait mettre au point un processus utilisant des bactéries génétiquement modifiées pour produire le candidat médicament.

Le chimique, psilocybine, se trouve naturellement dans un champignon spécifique, Psilocybe cubensis. Jones a déclaré produire en masse de la psilocybine à partir de son hôte champignon naturel, cela exigerait beaucoup d'espace et de temps. Actuellement, Des méthodes alternatives de production chimique synthétique sont utilisées mais sont très coûteuses. Jones, le chercheur principal de cette recherche, voulait une solution qui préserve l'intégrité biologique et réduit les coûts de production.

Trouver un hôte biologique optimal

Grâce à l'ingénierie métabolique, qui trouve des moyens d'augmenter la capacité d'une cellule à produire un composé d'intérêt, son équipe d'étudiants a développé une série d'expériences pour identifier les conditions optimales de production de psilocybine. L'article récemment publié décrit leur travail pour optimiser la production de psilocybine dans la bactérie Escherichia coli. L'équipe utilise un système bien connu E. coli souche conçue pour une production en laboratoire sûre.

« Nous prenons l'ADN du champignon qui code sa capacité à fabriquer ce produit et le mettons dans E. coli , " a-t-il dit. " C'est similaire à la façon dont vous faites de la bière, par un processus de fermentation. Nous prenons efficacement la technologie qui permet l'échelle et la vitesse de production et l'appliquons à notre production de psilocybine E. coli ."

Leur résultat final est une étape importante vers la démonstration de la faisabilité de la production économique de ce médicament à partir d'une source biologique.

"Ce qui est passionnant, c'est la vitesse à laquelle nous avons pu atteindre notre production élevée. Au cours de cette étude, nous avons amélioré la production de quelques milligrammes par litre à plus d'un gramme par litre, une augmentation de près de 500 fois, ", a déclaré Jones.

Il donne beaucoup de crédit et d'éloges à ses étudiants qui ont conçu de nombreuses expériences réalisées au cours de l'étude de 18 mois.

"Une grande partie de mon travail consiste à former des étudiants de premier cycle pour faire ce travail. L'idée de base était la mienne, mais une grande partie de la conception expérimentale est tombée sur les étudiants. Tôt, Je les aiderais à les guider dans le processus de conception expérimentale. Vers la fin, ils devenaient plus indépendants. C'est le type d'étudiant que nous voulons alors qu'ils approchent de l'obtention du diplôme, ", a déclaré Jones.

Apprendre à faire des expériences en laboratoire

Auteur principal Alexandra (Lexie) Adams, une majeure junior en génie chimique, est devenue membre de l'équipe de recherche sa première année, juste au moment où le Jones Lab commençait. Patient et minutieux, Jones a travaillé avec Adams, certes nerveux, sur les bases de la recherche en laboratoire. Cela a payé.

Le travail initial a été effectué à l'été 2018 en tant qu'Adams et un autre étudiant de premier cycle co-auteur, Nicolas Kaplan, a participé au programme de bourses d'été de premier cycle de Miami. Le programme fournit un financement aux étudiants pour la recherche de premier cycle.

Les deux étudiants, travailler sur des études séparées, appris les tenants et aboutissants de la recherche, gagner en confiance et apprendre des leçons au fur et à mesure que l'été avançait.

Kaplan, une majeure junior en génie chimique, ont étudié la faisabilité des cyanobactéries comme autre hôte potentiel d'ingénierie métabolique. Ses conclusions ont montré des résultats mitigés, et il a été décidé que l'équipe du laboratoire se concentrerait sur la psilocybine d'Adams dans E. coli projet.

Célébrer une percée de la recherche

Adams se souvient quand ils ont vu la percée dans leurs recherches. Leur objectif était de transférer l'ADN du champignon et de voir l'activité dans le E. coli hôte.

"Une fois que nous avons transféré l'ADN, nous avons vu [un minuscule] pic émerger dans nos données. Nous savions que nous avions fait quelque chose d'énorme, " elle a dit.

Les autres membres de l'équipe comprenaient :le diplômé Zhangyue "Tom' Wei (Miami '19), diplômé John "Jack" Brinton (BS Miami '17, MS Miami '19), junior Chantal Monnier, Alexis Enacopol senior, et membre du personnel Theresa Ramelot, spécialiste de l'instrumentation.

Adams et Kaplan continuent de travailler avec Jones. Les étudiants mènent des projets qui s'appuient sur le récent succès du travail sur la psilocybine. Chacun d'eux commence à transmettre ce qu'il a appris en laboratoire en encadrant de nouveaux étudiants de premier cycle qui rejoignent le Jones Lab.

"Il est important pour [les nouveaux étudiants] de comprendre la situation dans son ensemble afin qu'ils voient les raisons des différentes étapes des expériences, " a déclaré Kaplan.

Jones poursuit la prochaine phase de cette recherche en étudiant les moyens de rendre le E. coli bactéries un meilleur hôte - la prochaine étape vers une production durable aux niveaux requis par l'industrie pharmaceutique.