Dược phẩm... lên men

Bào chế thuốc sốt rét từ men rượu

Từ thế kỷ thứ 2 trước Công nguyên, người Trung Quốc đã biết cách dùng cây ngải apxin để chữa sốt rét. Nhưng phải đến 2000 năm sau, các nhà khoa học mới tìm ra cách chiết xuất tinh chất acid artemisinic từ lá và hoa khô của cây ngải apxin để bào chế ra thuốc Artemisinin dùng đặc trị loại bệnh do ký sinh trùng sốt rét gây ra. Tuy nhiên, cần phải có hàng hecta cây ngải cho một mẻ chiết xuất. Vì thế chi phí cho một đợt chữa trị bằng Artemisinin chiết xuất trở nên quá cao đối với 90% trong số 500 triệu bệnh nhân bị sốt rét trên các quốc gia chậm phát triển.

Để giải quyết khó khăn này, các nhà khoa học đã tìm ra một hướng đi mới đó là sử dụng men rượu (Saccharomyces cerevisiae) để lên men tạo ra thuốc chữa sốt rét. Chẳng cần phải mất nhiều thời gian và công sức để trồng trọt, chăm sóc rồi thu hoạch ngải apxin, người ta chỉ việc mua loại men mà các nhà máy sản xuất rượu bia vẫn hay sử dụng về, cấy thêm 2 gen có tác dụng tạo ra acid artemisinic của cây ngải apxin vào rồi tiến hành cho lên men. Trong quá trình lên men, các vi khuẩn trong men do đã được chuyển giao gen tạo ra acid artemisinic sẽ hoạt động, sinh sôi mạnh mẽ và tạo ra lượng acid artemisinic dược chất lớn. Acid này chỉ qua vài phản ứng hóa học sẽ dễ dàng chuyển thành thuốc Artemisinin.

Tiên phong theo hướng đi này, Quỹ Bill&Melinda đã tài trợ 42,6 triệu USD để công ty dược phẩm nổi tiếng của Pháp là Sanofi Aventis xây dựng một lò ủ men ở châu Âu khánh thành vào năm 2010 cao 3 tầng rộng gần bằng một thị trấn nhằm sản xuất thuốc artemisinin hàng loạt. Theo kế hoạch, chỉ bằng một mẻ lên men, lò ủ men này sẽ sản sinh ra một lượng thuốc Artemisinin lên men đủ lớn để cung cấp cho toàn bộ bệnh nhân sốt rét trên toàn thế giới trong một năm mà giá thành chỉ bằng 1/10 của thuốc Artemisinin chiết xuất.

Sản xuất Insulin từ vi khuẩn E.coli

Insulin là dược phẩm không thể thiếu trong quá trình điều trị bệnh đái tháo đường - một trong những căn bệnh đang đe dọa nghiêm trọng tới sức khỏe của hàng trăm triệu người trên thế giới. Trong năm 2010, nhu cầu insulin dùng trong trị bệnh đái tháo đường dự kiến là 16.000 kg. Nhu cầu về insulin của thế giới vượt quá xa con số vài tấn/năm của tất cả các hãng sản xuất dược phẩm cộng lại và vì thế nguồn cung cấp insulin cho trị bệnh đái tháo đường đang thiếu hụt. Từ những thập niên 1920 cho đến những năm đầu của thập niên 1980, insulin được tạo ra bằng cách cô lập từ tuyến tụy của động vật như heo và bò. Tuy nhiên, insulin người có sự khác biệt so với insulin bò và insulin heo do đó gây ra những tác dụng không mong muốn khi sử dụng loại insulin này. Ngoài ra, quá trình sản xuất và tinh sạch insulin từ động vật gặp nhiều khó khăn nên giá thành insulin được bào chế theo phương pháp này thường rất cao, không phải bệnh nhân nào cũng có thể tiếp cận được.

Từ đầu thập niên 80 của thế kỷ trước, các nhà khoa học đã nghiên cứu cách tổng hợp insulin bằng phương pháp ủ lên men nhưng kết quả thu được còn rất hạn chế. Mới đây nhất, Công ty Bio-Technology General đã đưa ra một phương pháp mới để tổng hợp insulin cho người. Trong phương pháp này các nhà khoa học đã cấy thêm vào trong khuẩn E. Coli (một loại vi khuẩn gây bệnh tiêu chảy) hai gen có thể tạo ra hai nửa của insulin và nuôi trong môi trường đặc biệt. Sau đó họ dùng một loại men khác để nối hai bộ phận này thành phân tử insulin hoàn chỉnh. Với các lò lên men khổng lồ và sự góp mặt của những vi khuẩn chuyển giao gen đã được lựa chọn, người ta đã cho ra những mẻ insulin tái tổ hợp đầu tiên có giá thành rẻ hơn rất nhiều so với trước đây, chất lượng cũng đảm bảo hơn.

Hướng đi mới của y học hiện đại?

Trước kia người ta thường sử dụng các phương pháp tổng hợp hóa học để bào chế thuốc, nên sản phẩm thu được không tinh khiết vì có nhiều sản phẩm phụ và rất đắt tiền. Sau đó các nhà bào chế thuốc lại có xu hướng ưa chuộng phương pháp tách chiết dược chất từ tài nguyên sinh vật, động vật, thực vật có trong tự nhiên dùng làm dược liệu. Nguồn dược liệu này đảm bảo tinh khiết, rẻ tiền hơn. Tuy nhiên tài nguyên sinh vật nếu khai thác quá nhiều sẽ cạn kiệt nên phải nuôi trồng lại, nhưng thời gian nuôi trồng dài, chi phí lớn. Trong khoảng 10 năm trở lại đây, các phòng thí nghiệm trên thế giới đã tập trung nghiên cứu nuôi cấy tế bào thực vật, động vật, vi sinh vật trong hệ lên men. Dược phẩm thu được từ hệ lên men tinh khiết, có hàm lượng cao và rẻ hơn rất nhiều. Hơn nữa, phương pháp lên men còn khắc phục được hậu quả cạn kiệt tài nguyên sinh vật hoặc mất thời gian nuôi trồng.

Không chỉ dừng lại ở đó, phương pháp lên men còn giúp bào chế được những loại kháng sinh, vaccin, hoocmone hoàn toàn mới mà những phương pháp bào chế cổ điển không thể có được. Theo thống kê chưa đầy đủ, hiện trên thế giới có trên 100 dược phẩm quý giá được ra đời từ các tế bào mang gen tái tổ hợp đã được phê chuẩn trong điều trị.

Trong vòng 10 năm trở lại đây, trung bình mỗi năm ngành dược phẩm thế giới bào chế được từ 16-32 loại dược phẩm bằng phương pháp lên men. Chỉ riêng năm 2008 có đến 85 sản phẩm mới. Tổng số các dược phẩm thu được từ lên men đang trong giai đoạn thử nghiệm đã lên đến 300 loại. Chúng có khối lượng không lớn nhưng giá trị kinh tế lại rất cao. Năm 2009, cả thế giới chỉ sản xuất được hơn 8,5 tấn nhưng giá trị lên tới 65 tỷ USD.  

Rõ ràng, ngành dược thế giới đang mạnh mẽ chuyển sang hướng sản xuất các sản phẩm dựa trên công nghệ lên men sử dụng những vi sinh vật đã được chuyển giao những gen thích hợp. Những nhà máy chiếm diện tích chẳng bao nhiêu, thiết bị chủ yếu vẫn là các nồi lên men giống như  ở các nhà máy sản xuất rượu bia hay bột ngọt, nhưng nhờ có các chủng vi sinh vật mang những gen tái tổ hợp quý giá mà càng ngày người ta càng sản xuất ra được nhiều loại dược phẩm có giá trị khoa học và giá trị kinh tế cao.