药物短缺在某些国家已经成为一个严重的公共卫生问题。
曾实现合成生物学“壮举”的 Christina Smolke 教授，正在尝试以植物为灵感来解决药物短缺的难题。
Smolke 是斯坦福大学合成生物学家，她曾通过拼接起 23 个不同的来自植物、哺乳动物、细菌和酵母的基因，合成了阿片类化合物，并因此成为 Nature 2015 年度 “十大值得关注人物”。
图丨 Christina Smolke，Antheia 公司联合创始人、CEO（来源：Antheia）
她创办了一家合成生物学公司 Antheia 并担任首席执行官。这家公司区别于其它以植物为原材料的制药公司的地方在于，该公司试图利用生物工程和发酵工程技术，将植物体内的药物活性成分合成过程重建在酿酒酵母细胞中，以此提高植物来源药物制造的规模和效率。
Antheia 目前主要有癌症、神经系统疾病、心血管疾病和传染性疾病四个领域，生产的药物主要用于治疗疼痛、咳嗽、阿片类药物成瘾和抑郁。
Smolke 认为，在过去的一年里，新冠肺炎相关的药品短缺使脆弱的药品供应链更加紧张，事实证明，供应链无法应对需求的迅速变化。另外，当进出口崩溃时，供应链也会崩溃。这也验证了，现在需要一种新的、敏捷的制造方式，以防止未来药品短缺。
“目前需要在包括合成生物学和生物制造在内的各种先进制造技术上投入更多的资金，以使药品供应链成为一种灵活的运作方式，才能够有效地按需和大规模地提供药品。”
近日，Christina Smolke 接受了一家外媒的采访，对合成生物学解决药物供应的问题进行了分享，生辉进行了不改变原意的删改：
Q1：请问依赖植物来源的药物在生产、采购以及面对环境影响时的挑战是什么？
A：来自植物的供应链是非常脆弱和过时的，容易受到干旱或野火等不可预测事件的严重干扰；有些植物通常只能在特定的气候条件下生长，或者只能在世界上的特定地区找到，所以依赖植物作为原料是有风险的。
此外，从植物中提取活性药物成分是一个低效、昂贵和充满风险的过程，而且技术差异很大。从种植农场收获后，植物在加工厂经过物理和化学处理，提取和分离出医学相关成分，再通过化学反应进一步被修饰成为活性药物成分 (APIs)，后者是所有药物的基础。整个过程通常需要 2 至 5 年时间，并且从整个植物中提取的活性成分含量极小，对农业资源的利用效率极低。
对此，Smolke 表示 “我们用合成生物学技术来制造这些高度复杂的生物药物分子，不需要植物。”
Q2：药物活性成分的短缺在制药行业并不罕见，行业内一般通过储备等手段来解决问题，请问您觉得这种方法是否有效？
A：储备是一种很必要但是也有缺陷的灾难响应策略，最大的问题是药物可能过期，储存大量药物是昂贵的，而且某些药物也无法有效储存。这会导致我们不能灵活的应对危机，这足以让我们重新审视国家战略储备政策。我们应该寻求更多方式补充储备，例如按需生产，使整个系统更具有弹性。
当前的形势给了我们一个重新思考的机会，我们要认识到这种能够在数周内，而不是数月或数年内就能够生产出所需药物的技术，是一种可以作为补充储备的方式，应该获得政府、学术界和产业界的支持。
Q3：合成生物学是一项迷人的技术，您可以分享一下您是如何开始这项工作以及做了些什么研究，合成生物学技术能给业界带来什么改变？
A: 我的团队在过去的二十年里研究的是，植物如何合成复杂的活性药物成分，以及如何在酿酒酵母中重建这些复杂的生物合成过程，酿酒酵母是一种人类几千年来用来发酵食品和饮料的简单微生物。现在我们已经将这项工作推进到可以商业化并用于大规模改进药物制造的程度。
传统的合成生物学方法可以重建相对较短和简单的途径，涉及 5 到 6 种酶和相对较少的化学反应，限制了植物来源药物的探索和制造能力。而 Antheia 开发了一种新的全细胞工程方法，能够有效地组装人类已知的一些最复杂的分子。全细胞工程可以对整个细胞进行编程，优化每种酶的活性、表达和各自的微生化环境，同时从系统水平上平衡它们之间的相互作用。
与其他合成方法不同的是，全细胞工程可以调控更长的合成通路，包含 20 多种酶和更复杂的相互作用，开辟了前所未有的复杂化学合成领域。Antheia 已经开创了一个合成生物学平台，能够满足生产复杂药物分子的需求，能够生产传统方法无法规模化制造的植物来源药物，将植物作为灵感，而不是作为原料。
Q4：您近期发表在 Nature 上的文章，利用酵母细胞合成药用托烷生物碱的文章很有趣，请问现在有什么新的进展？应用情况如何下一步的计划是什么？
A：托烷生物碱是神经递质抑制剂，被世界卫生组织列为基本药物，用于治疗神经肌内疾病，如帕金森氏症、肠道疾病和其他由肌肉痉挛引起的问题。目前，这些药用托烷生物碱的全球供应依赖于茄属植物的种植，因为这些化合物的直接化学合成法做不到商业化。
在这项研究中，我们首次做到了在微生物中合成托烷生物碱。我们目前正在努力将这一生产过程改进到可以商业化的水平和数量，此外，还在扩展平台以生产更丰富的托烷生物碱，并与许多合作者共同探索未来几年的应用。
参考资料：https://www.outsourcing-pharma.com/Article/2021/05/11/Could-synthetic-biology-solutions-fix-supply-chain-challenge
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