英國科學(xué)家開發(fā)轉(zhuǎn)基因西紅柿，可提供治療帕金森癥的藥物

2020-12-15 14:19

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對(duì)于減肥或者健身的人群來說，無論你對(duì)自己的食譜的設(shè)計(jì)多么苛刻，西紅柿肯定是你的不二之選。

西紅柿作為一種健康食品，富含維生素A、維生素C、以及胡蘿卜素和鈣、鐵、鋅、等多種元素，對(duì)降低膽固醇的含量，預(yù)防高血脂癥非常有益處。

但是你能想象西紅柿有朝一日會(huì)被用來治療帕金森癥嗎？

近日，由英國諾維奇研究園代謝生物學(xué)和生物化學(xué)系教授Cathie Martin與其合作者，開發(fā)了一種轉(zhuǎn)基因西紅柿，可提供治療帕金森癥的藥物。

相關(guān)工作以 “Metabolic engineering of tomato fruit enriched in L－DOPA” 為題發(fā)表在 Metabolic engineering 雜志上。

（來源：Metabolic engineering）

帕金森病治療的困境

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至 2015 年，全球約有 620 萬人患有帕金森病，并造成 11．7 萬人死亡。其中 60 歲以上的老人是該病的高發(fā)群體，因此帕金森病也被稱作 “老年人殺手”。

但不幸的是，帕金森病目前無法治愈，大家熟悉的拳王阿里，曾經(jīng)叱咤拳壇，無奈罹患此病，也只能肢體僵硬，手腳震顫地度過晚年，讓人不勝唏噓。

而在當(dāng)前的醫(yī)學(xué)治療中，通常以改善癥狀為主要治療方式，在病情初始階段使用左旋多巴（L－DOPA），配合使用多巴胺激動(dòng)劑進(jìn)行治療。

L－DOPA 也被稱為 Levodopa 或 L－3，4 －二羥基苯丙氨酸，是一種非標(biāo)準(zhǔn)氨基酸。自 1967 年作為一種藥物問世以來，一直是治療帕金森病的黃金標(biāo)準(zhǔn)藥物。它也是世界衛(wèi)生組織（WHO）宣布的基本藥品之一，其市場(chǎng)價(jià)值高達(dá)數(shù)千億美元。

然而帕金森病在發(fā)展中國家是一個(gè)日益嚴(yán)重的問題，許多人并負(fù)擔(dān)不起每天 2 美元的合成 L－DOPA 價(jià)格。尤其是那些失去勞動(dòng)能力的老年人。

顯然，Cathie Martin 等人的研究成果對(duì)于這些處于困境的患者來說無疑是一棵救命稻草。

研究人員表示，我們可以用相對(duì)較少的基礎(chǔ)設(shè)施來種植這種西紅柿，并以相對(duì)較低的成本將其擴(kuò)植。這樣一來，這種轉(zhuǎn)基因西紅柿將使這種昂貴的藥品在發(fā)展中國家能夠負(fù)擔(dān)得起。

通常來說，藥物的合成方式有化學(xué)合成，也有天然來源。Cathie Martin 團(tuán)隊(duì)選擇采用能夠產(chǎn)生 L－DOPA 的西紅柿來源，還有望消除化學(xué)合成 L－DOPA 所產(chǎn)生的惡心、嘔吐等不良影響。

可能大家會(huì)問，在天然來源中只有少數(shù)植物可進(jìn)行基因合成操作。為什么在這些有限的植物中，偏偏選中了西紅柿？

為什么是西紅柿？

在有限可以積累 L－DOPA 的植物來源中，研究最多的不是西紅柿而是刺毛黧豆（Mucuna pruriens），其種子中含有高達(dá) 10％的 L－DOPA。

可這種來源植物遠(yuǎn)非理想選擇，刺毛黧豆覆蓋黧豆毛刺，會(huì)在收獲農(nóng)作物的田間工作者中引起刺激和過敏反應(yīng)，而豆類本身還含有高水平的色胺（Tryptamine），可能導(dǎo)致帕金森病患者產(chǎn)生幻覺。

為了探索增加積累 L－DOPA 植物品種的可能性，科研人員引入了甜菜素（betalains）生物合成途徑中將酪氨酸（tyrosine）轉(zhuǎn)化為 L－DOPA 的酶，從而產(chǎn)生了富含 L－DOPA 的西紅柿果實(shí)。

圖｜對(duì)西紅柿果實(shí)中L－DOPA水平進(jìn)行分析

研究表明，可從約 1 千克該改良版西紅柿中生產(chǎn) 150 毫克 L－DOPA。同時(shí)，研究人員對(duì)比發(fā)現(xiàn)，增加西紅柿中 L－DOPA 水平還可以延長保質(zhì)期。這與其基因表達(dá)改變后增強(qiáng)抗氧化能力、減少細(xì)胞壁降解、收獲后硬度提高以及疾病易感性降低有關(guān)。

論文作者之一 Dario Breitel 博士表示：“我們已經(jīng)證明可以使用轉(zhuǎn)基因西紅柿作為 L－DOPA 的來源。這進(jìn)一步證明了西紅柿是合成生物學(xué)的最優(yōu)選擇之一。”

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