För mer prisvärda, hållbara läkemedelsalternativ än vi har idag, kan medicinen vi tar för att behandla högt blodtryck, smärta eller minnesförlust en dag komma från konstruerade bakterier, odlade i ett fat som yoghurt. Och tack vare ett nytt bakterieverktyg utvecklat av forskare vid University of Texas i Austin, kan processen att förbättra läkemedelstillverkningen i bakterieceller komma snabbare än vi trodde.

I decennier har forskare letat efter sätt att göra läkemedelstillverkningen mer överkomlig och hållbar än läkemedelstillverkares nuvarande processer, av vilka många är beroende av antingen växtodlingar eller petroleum. Att använda bakterier har föreslagits som ett bra organiskt alternativ, men att upptäcka och optimera produktionen av terapeutiska molekyler är svårt och tidskrävande och kräver månader i sträck. I ett nytt papper ut denna vecka i Nature Chemical Biology UT Austin-teamet introducerar ett biosensorsystem, härlett från E. coli-bakterier, som kan anpassas för att detektera alla typer av terapeutiska föreningar exakt och på bara några timmar.

"Vi funderar på hur man kan ge bakterier "sinne", liknande luktreceptorer eller smakreceptorer, och använda dem för att detektera de olika föreningar de kan göra", säger Andrew Ellington, professor i molekylär biovetenskap och motsvarande författare om papper.

Många av de mediciner vi tar är gjorda av ingredienser som utvinns från växter (tänk till exempel morfin, det narkotiska smärtstillande medlet som kommer från vallmo, eller galantamin, en läkemedelsbehandling mot demens som kommer från påskliljor). Att utvinna läkemedel från dessa växter är komplicerat och resurskrävande, vilket kräver vatten och areal för att odla grödorna. Försörjningskedjor störs lätt. Och grödor kan skadas av översvämningar, bränder och torka. Att ta fram liknande terapeutiska komponenter med hjälp av syntetisk kemi ger också problem, eftersom processen är beroende av petroleum och petroleumbaserade produkter kopplade till avfall och kostnader.

Ange de ödmjuka bakterierna, ett billigt, effektivt och hållbart alternativ. Den genetiska koden för bakterier kan lätt manipuleras för att bli fabriker för läkemedelsproduktion. I en process som kallas biosyntes, utnyttjas bakteriernas biologiska system för att producera specifika molekyler som en del av den naturliga cellulära processen. Och bakterier kan replikera i hög hastighet. Allt de behöver för att göra jobbet är socker.

Tyvärr har tillverkare inte haft ett sätt att snabbt analysera olika stammar av konstruerade bakterier för att identifiera de som kan producera kvantiteter av ett önskat läkemedel i kommersiella volymer – förrän nu. Att noggrant analysera de tusentals konstruerade stammarna på vägen till en bra producent kan ta veckor eller månader med nuvarande teknik, men bara en dag med de nya biosensorerna.

"Det finns för närvarande inga biosensorer för de flesta växtmetaboliter", säger Simon d'Oelsnitz, en forskare vid Institutionen för molekylär biovetenskap och första författare på tidningen. "Med den här tekniken borde det vara möjligt att skapa biosensorer för ett brett spektrum av läkemedel."

Biosensorerna som utvecklats av d'Oelsnitz, Ellington och kollegor bestämmer snabbt och exakt mängden av en given molekyl som en bakteriestam producerar. Teamet utvecklade biosensorerna för flera typer av vanliga läkemedel, såsom hostdämpande medel och vasodilatorer, som används för att behandla muskelspasmer. Molekylära bilder av biosensorerna tagna av röntgenkristallograferna Wantae Kim och Yan Jessie Zhang visar exakt hur de tar hårt tag i sin partnerdrog. När läkemedlet upptäcks av biosensorn lyser det. Dessutom konstruerade teamet sina egna bakterier för att producera en förening som finns i flera FDA-godkända läkemedel och använde biosensorerna för att analysera produktutdata, vilket i huvudsak visar hur industrin kan använda biosensorer för att snabbt optimera kemisk tillverkning.

"Även om detta inte är den första biosensorn," sa d'Oelsnitz, "gör den här tekniken att de kan utvecklas snabbare och mer effektivt. Det öppnar i sin tur dörren till att fler läkemedel produceras med hjälp av biosyntes." + Utforska vidare

Nya biosensorer mäter giftiga läkemedel hos cancer-, artrit- och organtransplanterade patienter