Od papierosów do produktów wysokowartościowych: przekształcanie tradycyjnych upraw w biofabryki
Biotechnologia roślin odgrywa coraz większą rolę w produkcji leków małocząsteczkowych, leków biologicznych (szczepionek i środków leczniczych) oraz odczynników diagnostycznych. Dziedzina ta oferuje tanią i skalowalną alternatywę dla tradycyjnych platform wytwarzania opartych na komórkach drobnoustrojów i zwierząt. Może ponadto przynieść rozwiązanie dla wielu wyzwań związanych z dystrybucją i przechowywaniem leków, w szczególności w regionach świata borykających się z problemem niekompletnych łańcuchów wytwarzania.
Nowe odmiany tytoniu do produkcji leków
Tytoń ma wysoki potencjał jako źródło cennych wysokowartościowych związków, co czyni z niego roślinną biofabrykę. Ponieważ kojarzy się on nam głównie z produkcją wyrobów tytoniowych, wielkość upraw tytoniu w Europie stale się zmniejsza. Celem finansowanego ze środków UE projektu Newcotiana jest zmiana tego spojrzenia poprzez opracowanie konkurencyjnych odmian tytoniu nadających się do produkcji wyrobów innych niż tytoniowe. Powstanie w ten sposób odpowiednia do potrzeb unijnej bioekonomii platforma produkcyjna, która poprawi zrównoważony charakter tradycyjnych upraw. Konsorcjum pracowało nad dwoma odmianami tytoniu, Nicotiana tabacum, typowym przedstawicielem tego gatunku, oraz Nicotiana benthamiana, dziko rosnącą odmianą australijską. Aby móc w pełni wykorzystać potencjał obu gatunków jako fabryki biologicznej, naukowcy musieli wyposażyć je w odpowiednie cechy, poprawiając tym samym ich stabilność i zrównoważony charakter oraz zwiększając produkcję związków o wysokiej wartości.
Narzędzia do produkcji nowych cech roślin
Ponieważ wytworzenie pożądanych cech przy użyciu tradycyjnych metod hodowli roślin nie było możliwe, konsorcjum opracowało specjalne narzędzia, które przyspieszyły hodowlę roślinnych biofabryk. „Przez stulecia uprawialiśmy rośliny przy użyciu tradycyjnych technik hodowli na potrzeby produkcji większej ilości lepszej jakości żywności lub ochrony przed patogenami, jednak nigdy z myślą o tworzeniu biofabryk leków”, mówi koordynator projektu Diego Orzaez. Tymczasem nowe techniki hodowli, w tym edycja genów, pozwoliły udoskonalić cechy roślin odpowiednio do potrzeb biofabryk w rekordowo krótkim czasie. Badacze opracowali tytoń, który nie kwitnie na polu, lecz zachowuje energię potrzebną do zwiększenia swojej biomasy. Ponadto dzięki odpowiedniej modyfikacji roślina ta nie ulega niechcianej glikozylacji oraz wykazuje zmniejszoną aktywność proteazy. Są to dwie właściwości, które zwiększają jakość i funkcjonalność finalnego produktu białkowego. W kilku przypadkach tytoń poddano modyfikacjom, tak aby łączył on w sobie obie te szczególnie cenne cechy.
Zastosowanie roślin wytworzonych metodami inżynieryjnymi
W przypadku odmiany N. tabacum konsorcjum wzbogaciło skład rośliny o związki posiadające wysoką wartość dodaną o zastosowaniu farmaceutycznym. Jednym z nich był skwalen, substancja pozyskiwana obecnie w sposób niezrównoważony (organizm rekina) i wykorzystywana jako adjuwant w składzie wielu szczepionek. Badacze opracowali również anatabinę, cząsteczkę powiązaną z nikotyną o działaniu przeciwzapalnym, która jest obecnie przedmiotem badań jako potencjalny lek przeciwko chorobom autoimmunologicznym. Prace nad odmianą N. benthamiana różniły się nieco, ponieważ roślina ta była już wykorzystywana w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym do produkcji rekombinownaych białek. Partnerzy projektu Newcotiana udostępnili sekwencję genomu N. benthamiana, aby pomóc innym zespołom w odkryciu nowych produktów biofarmaceutycznych.
Bezodpadowy proces biorafinacji
Oprócz starań na rzecz poprawy wartości rynkowej tych odmian i ewentualnego wzbogacenia ich w dodatkowe cząsteczki o wysokiej jakości, badacze stworzyli również pilotażową procedurę bezodpadowej biorafinacji. „Naszym celem jest stworzenie rośliny uprawnej oraz powiązanego z uprawą przemysłu, który będzie przynajmniej tak samo dochodowy jak niegdyś uprawa tytoniu na potrzeby produkcji wyrobów tytoniowych”, podkreśla Orzaez. „Aby tak się stało, ustawodawstwo unijne musi być bardziej elastyczne i wspierać inżynieryjne metody hodowania upraw przemysłowych”.
Słowa kluczowe
Newcotiana, biotechnologia roślin, tytoń, Nicotiana tabacum, Nicotiana benthamiana, skwalen, anatabina
