Η ταξόλη (Taxol) ή αλλιώς με τη συστηματική της ονομασία πακλιταξέλη, (Paclitaxel) αποτελεί ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο χημειοθεραπευτικό (κυτταροτοξικό) φάρμακο για τον καρκίνο, με διαρκώς αυξανόμενη ζήτηση. Ωστόσο, είναι δύσκολο και ακριβό να παραχθεί επειδή δεν μπορεί να συντεθεί εύκολα και με χαμηλό κόστος στο εργαστήριο. Αυτό βέβαια ίσχυε μέχρι τώρα, γιατί από δω και πέρα τα πράγματα φαίνεται πως αλλάζουν.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης με επικεφαλής τον Σωτήρη Καμπράνη, Καθηγητή Βιοχημικής Μηχανικής στο Τμήμα Φυτικών και Περιβαλλοντικών Επιστημών, «έσπασαν» το τελευταίο μέρος ενός κώδικα με τον οποίο η επιστήμη παλεύει εδώ και 30 χρόνια και κατάφεραν να βρουν τα δυο κομμάτια που έλειπαν από το παζλ.
Συγκεκριμένα, η ομάδα εντόπισε τα ένζυμα που είναι υπεύθυνα για τα δύο τελικά, αλλά κρίσιμα, βήματα της βιοσυνθετικής οδού που καθιστά την ταξόλη ενεργή ως φάρμακο. Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να μειώσει στο μισό την τιμή του φαρμάκου και να κάνει την παραγωγή του πολύ πιο βιώσιμη.
Το «Άγιο Δισκοπότηρο»…
Η ταξόλη είναι ένα από τα πιο συχνά συνταγογραφούμενα χημειοθεραπευτικά φάρμακα για τον καρκίνο του μαστού, των ωοθηκών, του τραχήλου της μήτρας και του πνεύμονα. Ωστόσο, όπως προαναφέρθηκε, η παραγωγή του φαρμάκου είναι πολύπλοκη, δαπανηρή και περιβαλλοντικά επιβαρυντική, καθώς βασίζεται επί του παρόντος σε μια περίπλοκη χημική ημισύνθεση.
Επιστήμονες σε όλο τον κόσμο προσπαθούν εδώ και χρόνια να κατανοήσουν το πώς σχηματίζεται στη φύση η ταξόλη, η οποία προέρχεται από ένα κωνοφόρο δέντρο του Ειρηνικού, που ονομάζεται τάξος ή ίταμος (Taxus brevifolia). Η αποκωδικοποίηση αυτής της διαδικασίας θα επέτρεπε την παραγωγή της φυσικής αυτής ένωσης με βιοτεχνολογικές μεθόδους. Ωστόσο, τα τελικά βήματα αυτού του βιοχημικού μονοπατιού παρέμεναν άγνωστα μέχρι τώρα.
«Η ταξόλη αποτελεί το Άγιο Δισκοπότηρο σε αυτόν τον ερευνητικό τομέα εδώ και δεκαετίες, επειδή είναι ένα εξαιρετικά πολύπλοκο μόριο. Τώρα με τον εντοπισμό των δύο τελευταίων ενζύμων, κατανοούμε πλέον πλήρως το πώς σχηματίζεται. Αυτό μας επιτρέπει να αναπτύξουμε μια βιοτεχνολογική μέθοδο για την παραγωγή ταξόλης μέσα σε κύτταρα ζύμης», λέει στο Dnews ο καθηγητής Σωτήριος Καμπράνης, που είναι και ο κύριος συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Nature Synthesis.
Η μέθοδος που προτείνει ο καθηγητής περιλαμβάνει την κλωνοποίηση των γονιδίων που κωδικοποιούν την παραγωγή της ταξόλης μέσα στο δέντρο και την εισαγωγή τους σε κύτταρα ζύμης. Αυτά τα τροποποιημένα κύτταρα ζύμης στη συνέχεια μετατρέπονται σε οργανισμούς ξενιστές ή σε μινι-εργοστάσια που έχουν στη διάθεσή τους την πλήρη «συνταγή» για την παραγωγή ταξόλης.
Μια μέθοδος εξαιρετικά βιώσιμη
Η ταξόλη προέρχεται από τον εσωτερικό φλοιό του τάξου, αλλά επειδή η περιεκτικότητα του φλοιού στην ουσία είναι πολύ χαμηλή, για να ληφθεί η ταξόλη χρειάζεται να αφαιρεθεί όλος φλοιός και, κατά συνέπεια, να θανατωθεί το δέντρο. Ο τάξος χρειάζεται από 70 έως 100 χρόνια για να ωριμάσει και για μια μόνο παραγωγή ταξόλης απαιτούνται δύο δέντρα, γεγονός που καθιστά αυτή τη μέθοδο εξαιρετικά μη βιώσιμη. Πιο σύγχρονες μέθοδοι περιλαμβάνουν την εξαγωγή μιας παρόμοιας ένωσης από τις βελόνες του τάξου, αλλά το κόστος και αυτής της διαδικασίας εξακολουθεί να είναι υψηλό, γι' αυτό και η μέση τιμή της ταξόλης υπερβαίνει τα 20.000 δολάρια ΗΠΑ ανά κιλό!
To ερευνητικό γκρουπ του καθηγητή Καμπράνη χρησιμοποιώντας τώρα τη νέα μέθοδο, μπορεί να παραγάγει ταξόλη πολύ φθηνότερα από τις τρέχουσες συμβατικές μεθόδους, κατεβάζοντας το κόστος μέχρι και στο μισό.
Οι χαμηλότερες τιμές του φαρμάκου είναι ιδιαίτερα κρίσιμες καθώς ο καρκίνος των ωοθηκών αυξάνεται παγκοσμίως. Οι σχετικές προβλέψεις δείχνουν ότι η συχνότητα εμφάνισης της νόσου αναμένεται να αυξηθεί πάνω από 55% έως το 2050, με τη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων να σημειώνονται σε χώρες χαμηλού και μεσαίου εισοδήματος. Ο αριθμός των γυναικών που πεθαίνουν από καρκίνο των ωοθηκών προβλέπεται επίσης να αυξηθεί κατά σχεδόν 70% την ίδια περίοδο.
Σύμφωνα με τον Έλληνα επιστήμονα, η νέα μέθοδος δεν είναι μόνο οικονομικά πιο αποδοτική αλλά είναι και πιο βιώσιμη συγκριτικά με τη σύνθεσή της με χημικό τρόπο. Ένα πλεονέκτημα είναι ότι η διαδικασία δεν περιλαμβάνει επιβλαβείς χημικές ουσίες και διαλύτες που συνηθίζονται στην χημική παραγωγή. Ένα δεύτερο πλεονέκτημα είναι ότι επιτρέπει τη χρήση πιο ακατέργαστων, λιγότερο καθαρισμένων εκχυλισμάτων από βελόνες τάξου ως πρώτη ύλη, που είναι πολύ φθηνότερα από τα εξαιρετικά καθαρά υλικά που απαιτούνται στη χημική ημισύνθεση. Επιπλέον, τα υλικά μπορούν να ανακυκλωθούν.
«Θέλουμε να δείξουμε ότι είναι δυνατό να στήσουμε μια βιοτεχνολογική παραγωγή φαρμάκων που είναι ταυτόχρονα βιώσιμη και χαμηλότερου κόστους. Υπάρχουν πολύ λίγα παραδείγματα αυτού σήμερα, αλλά τώρα έχουμε τη βάση για να το κάνουμε πραγματικότητα», προσθέτει ο Δρ Σωτήριος Καμπράνης.
Η ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης υπέβαλε αίτηση για την κατοχύρωση της μεθόδου με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και βρίσκεται στη διαδικασία έναρξης μιας εταιρείας spin-out για την παραγωγή της βιοσυνθετικής ταξόλης.
Αξίζει να σημειωθεί πως δεν είναι η πρώτη φορά που ο καθηγητής Καμπράνης με την ομάδα του χαρτογραφούν βιοχημικά βήματα που χρησιμοποιούν τα φυτά στη φύση, για να παραγάγουν στο εργαστήριο ουσίες που εμφανίζουν φυσική τοξικότητα. Νωρίτερα παρήγαν συνθετικά, μέσα σε μια δεξαμενή με συνηθισμένη μαγιά (ζύμη) που χρησιμοποιήθηκε ως οργανισμός ξενιστής, την ουσία σελαστρόλη. Ουσιαστικά οι επιστήμονες χαρτογράφησαν το μονοπάτι με τα 15 βιοχημικά βήματα που χρησιμοποιεί ένα κινέζικο βότανο με τοξικότητα για να σχηματίσει την ουσία, πήραν τα γονίδια και τα ένζυμα που εμπλέκονται στην παραγωγή της σελαστρόλης μέσα στο φυτό και τα τοποθέτησαν μέσα σε έναν άλλον οργανισμό, εν προκειμένω σε μια ζύμη, που δεν παράγει τοξικές ουσίες. Έτσι κατάφεραν να λάβουν σελαστρόλη που ήταν σχεδόν καθαρή, χωρίς τις τοξικές ενώσεις που διαφορετικά τη συνοδεύουν στη φύση. Και αυτό πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά μέσα σε εργαστήριο!
Λίγα λόγια για τον καθηγητή Σωτήρη Καμπράνη
Ο Σωτήρης Καμπράνης σπούδασε Χημεία στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο και Βιοχημεία στο Πανεπιστήμιο του Sussex στο Ηνωμένο Βασίλειο. Απέκτησε το διδακτορικό του στη Βιοχημεία στο Πανεπιστήμιο του Leicester στο Ηνωμένο Βασίλειο, όπου μελέτησε τον μηχανισμό των τοποϊσομερασών του DNA και πραγματοποίησε τη μεταδιδακτορική του εκπαίδευση στον μηχανισμό των ενζύμων τροποποίησης της χρωματίνης και στον ρόλο τους στον καρκίνο στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Tufts στη Βοστώνη των ΗΠΑ. Διορίστηκε Επίκουρος Καθηγητής στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Κρήτης το 2013 και το 2016 μετακινήθηκε στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, όπου εξελίχθηκε σε Καθηγητή το 2021.
