植物由来の医薬品のバイオテクノロジー生産に向けて、トロパンおよびニコチンアルカロイド生合成ノーベルアプローチ

太陽科に属する多くの植物は、活動的な原理、トロパン、ニコチンアルカロイドのために、何世紀にもわたって医薬品の供給源として使用されてきました。トロパンアルカロイド、アトロピン、ヒオスシアミン、スコポラミンは、医学で最も古い薬物の1つです。一方、タバコの中毒性剤であるニコチンは、特定の神経疾患に使用される新規潜在的なアルカロイドの骨格として注意を払っています。植物細胞を宿主として利用するアルカロイドのバイオテクノロジー生産は、魅力的な選択肢です。しかし、これまで、これらの化合物が植物細胞でどのように合成されているかを理解していないため、この分野ではほとんど成功していません。代謝工学の試みは、生合成経路の速度制限ステップが完全に知られており、それぞれの遺伝子がクローン化された場合、近い将来に望ましい薬物製品に対する正確な調節が可能になることをすでに示しています。トランスクリプトームデータとメタボロームデータを組み合わせた新しい機能ゲノミクスツールは、システム全体をよりよく理解し、複雑な植物の生合成経路を設計するためのプラットフォームを作成します。この技術の助けを借りて、既知の植物代謝産物をより効果的に生産するだけでなく、植物や細胞培養で新しい化合物の配列を作ることも可能です。

Many plants belonging to the Solanaceae family have been used as a source of pharmaceuticals for centuries because of their active principles, tropane and nicotine alkaloids. Tropane alkaloids, atropine, hyoscyamine and scopolamine, are among the oldest drugs in medicine. On the other hand nicotine, the addictive agent in tobacco, has only recently gained attention as a backbone for novel potential alkaloids to be used for certain neurological diseases. The biotechnological production of alkaloids utilizing plant cells as hosts would be an attractive option. However, to date very little success in this field has been gained because of the lack of understanding how these compounds are synthesized in a plant cell. Metabolic engineering attempts have already shown that when the rate-limiting steps of the biosynthetic pathway are completely known and the respective genes cloned, the exact regulation towards desired medicinal products will be possible in the near future. The new functional genomics tools, which combine transcriptome and metabolome data, will create a platform to better understand a whole system and to engineer the complex plant biosynthetic pathways. With the help of this technology, it is not only possible to produce known plant metabolites more effectively but also to make arrays of new compounds in plants and cell cultures.