A paklitaxel az egyik legfontosabb gyógyszer a rák elleni küzdelemben. Az elmúlt 30 évben több millió beteg kapott ebből a hatóanyagból, amely évente több milliárd dolláros forgalmat generál. A paklitaxel, másik nevén Taxol, azonban bonyolult és drága előállítani. A vegyészeknek először egy baccatin III nevű előanyagot kell kivonniuk a tiszafa tűleveleiből, majd ebből további kémiai módosítások után kapják meg a gyógyszert.

A Nature oldalain nemrég megjelent tanulmányukban a kutatók arról számolnak be, hogy azonosították a 17 génből álló útvonal eddig hiányzó komponenseit, amelyet a tiszafák a baccatin III előállításához használnak. Ezeket a géneket aztán átültették dohánynövényekbe, amelyek az tiszafa tűihez hasonló koncentrációban termelték a vegyületet. A kutatók célja, hogy mikrobákat módosítsanak a gyógyszer ipari előállításához, ami jelentősen csökkenthetné a gyártási költségeket.

Ez nem az első alternatív gyártási módszer, amelyet vegyészek dolgoztak ki a paklitaxel előállítására. 1994-ben két csapat egyszerre jelentette be, hogy sikerült a hatóanyagot nulláról szintetizálniuk. Mivel azonban a teljes szintetikus eljárás több tucat kémiai lépést igényel, soha nem lett elég olcsó ahhoz, hogy kiszorítsa az tiszafa-eredetű hatóanyagot.

Ezért jobb megoldásnak tűnt feltárni azokat a géneket, amelyekkel az tiszafa előállítja a vegyületet, és átültetni azokat egy ipari gyártásra alkalmas organizmusba. A kutatók korábban a folyamatban részt vevő gének körülbelül felét azonosították, de a többi megtalálása évtizedek óta akadozott. A kihívás részben abból adódott, hogy a mikrobiális genomokban a közös útvonalon működő gének általában egymás közelében helyezkednek el a kromoszómákon, míg a növényekben szétszórtan találhatók meg, mondja Elizabeth Sattely, a Stanford Egyetem vegyészmérnöke. Az tiszafa genomja körülbelül háromszor akkora, mint az emberi genom, és a baccatin III szintéziséért felelős gének összevissza vannak benne.

Az útvonalat alkotó gének azonosításához a kutatók olyan a géneket kerestek, amelyek aktivitása együtt nőtt és csökkent. Ehhez általában nyomon követik az egyes gének által termelt hírvivő RNS (mRNS) mennyiségét, amely a fehérjeépítési utasításokat továbbítja a sejtek gyártóközpontjaihoz. Az RNS nyomon követése azonban többnyire olyan szövetmintákon történik, amelyek többféle sejttípust és különböző fejlődési stádiumban lévő sejteket tartalmazhatnak, amelyek mindegyike különböző funkciókat láthat el. Mivel ezekben a mintákban egyszerre számos genetikai útvonal kapcsolódik be és ki, a baccatin III termeléséhez hasonló, egy adott folyamatban együtt működő néhány gén azonosítása olyan, mint tűt keresni a szénakazalban, mondja Sattely munkatársa, Conor McClune, aki az új kutatást vezette.

McClune, Sattely és kollégáik ezért szűkítették a keresést. Ahelyett, hogy komplex szövetekből származó mRNS-eket követtek volna nyomon, ugyanazt az elemzést végezték el több ezer, tiszafa tűlevelekből származó egyedi sejten. Ezenkívül néhány sejtet különböző stresszhatásoknak tettek ki, például sókat vagy baktériumvegyületeket adtak hozzájuk, hogy fokozzák a baccatin III termelését, amelyet a tiszafa a kórokozók elleni védekezésre használ. Ezzel a módszerrel hét további gént azonosítottak, amelyek részt vesznek a baccatin III termelésében. Az egyik egy FoTO-1 nevű fehérjét kódol, amely úgy tűnik, hogy növeli egy alapvető köztes vegyület hozamát.

Sattely csapata ezután a folyamatban szerepet játszó 17 fontos gént átültette egy dohánynövénybe, amelyet a növénygenetikusok gyakran használnak modellorganizmusként, és kimutatta, hogy a levelei ugyanolyan mennyiségű baccatin III-at termelnek, mint az tiszafák. A kutatók már dolgoznak a baccatin III génjeinek élesztőbe való átültetésén, amelynek genomja könnyen módosítható, és a gyógyszergyártásban gyakran használt organizmusnak számít. Ilyen módon jelentősen csökkenthetnék az előállítás költségeit.