Genes from opium poppy and a bacterium were used to engineer yeast strains that biosynthesize opioids from precursors. The engineered yeast produce molecules identical to the natural and semi-synthetic opioid drugs manufactured from opium poppy crops, highlighting the potential for an alternative source of these essential drugs.

几个世纪以来，罂粟植物一直都被种植用以提供鸦片，从中可提取化合物吗啡以及其他重要的药物，如羟考酮。

最近，斯坦福大学的生物工程学家们，对酵母的DNA进行改造，重编程这些简单细胞，通过将基本的啤酒酿造过程进行复杂地扩展，来制造阿片样药物。

在生物工程副教授Christina Smolke的指导下，斯坦福研究小组已经花了十年的时间，对酵母细胞进行基因改良，使其复制罂粟的生化过程，最终目标是，自始至终在发酵槽中生产鸦片类药物。

相关研究结果发表在2014年8月24日的《自然化学生物学》（Nature Chemical Biology）杂志。Smolke指出：“现在我们非常接近――无需种植罂粟就能复制整个鸦片生产过程，从而使我们能够可靠地制造这种基本药物，同时减少转移到非法使用的可能性。”

在这项新研究中，Smolke和她的同事、生物工程学博士后Kate Thodey和化学博士研究生Stephanie Galanie，详述了他们如何将来自两种不同生物的5个基因，添加到酵母细胞中。其中3个基因来自罂粟本身，其他基因则来自于生活在罂粟秸秆上的一种细菌。

这种多物种基因混搭，是将酵母转换成细胞工厂所必需的，该细胞工厂可复制两个独立过程：大自然如何生产罂粟中的鸦片，而且药理学家如何使用化学过程，进一步将鸦片衍生物制成现代阿片类药物，如吗啡。

从植物到今天的药剂植物派生的鸦片已经使用和滥用了好几个世纪，但是现代故事开始的一个好地方是，第二次世界大战期间使用吗啡。吗啡是三大主要鸦片来源的止痛药之一，被称为阿片类药物。另外两种重要的阿片类药物有可可待因（用作止咳药）和蒂巴因（进一步通过化学过程提炼，产生更高价值的药物，如羟考酮和氢可酮）。

今天，合法化罂粟种植只限制在几个国家，包括澳大利亚、法国、匈牙利、印度、西班牙和土耳其，通过国际麻醉品管制局监督，旨在阻止阿片类药物（如吗啡）被提炼成非法海洛因。

合法鸦片及其阿片衍生品的最大市场在美国，那里制药厂使用化学过程来制造精制产品，用作止痛丸。然而，罂粟在美国并不能大量种植，因此这种重要药物的供给，就存在国际依赖性和漏洞。

把酵母变成制药厂十年来，Smolke工作一直都包括整个生产链，从罂粟田间种植，到通过所有化学精炼的后续步骤利用生物工程酵母细胞。

Smolke研究小组现在所做的是，仔细重编程这些酵母基因组――告诉每个生物如何存活的主要指令集，使其在制造鸦片制剂时表现得像罂粟一样。

这个过程不仅仅是往酵母中添加新的基因。阿片类分子是复杂的三维物体。在自然界中，它们是在罂粟内特定区域制造的。由于酵母细胞没有这些复杂的结构和组织，斯坦福研究小组在其生物工程酵母内部，重新制造了罂粟样“chemical neighborhoods”的同等物。

这大约需要17个单独的化学步骤，来制造适用于药丸的阿片类化合物。其中一些步骤自然发生在罂粟中，其余的步骤则通过工厂中的化学合成过程。Smolke研究小组希望所有的步骤都能发生在酵母内部，在一个单一的发酵槽内，包括使用酵母来执行罂粟从未进化出的化学过程，例如将阿片类蒂巴因精炼为更有价值的半合成阿片类羟考酮。

所以，Smolke重编程她的生物工程酵母，来执行这些最终的工业步骤。为此她将来自于罂粟死秸秆上生长的一种细菌的基因，添加到酵母中。因为他们想生产几种不同的阿片类药物，研究小组用几种稍微不同的方式，设计酵母基因组生产每种不同的阿片类药物制剂，例如羟考酮和氢可酮。

所有这一切在新论文中都有展示。但是Smolke的研究小组仍然必须清除一个更大的障碍，才能实现这个目标――把糖放入一个不锈钢的生物工程酵母槽内，在过程结束时挑选出特定的阿片类药物。

在这篇新论文中，Smolke从罂粟中获得的蒂巴因开始，将其放入她的生物工程酵母中，在过程结束时得到了精炼的阿片类药物。

Smolke说，可能还需要几年的时间，来完善这些最后的步骤，将这个过程按比例放大，以大批量地生产生物工程阿片类药物（与今天在药厂提炼的相同）。

Smolke说：“这将使我们能够以一种不依赖于作物产量好坏的方式，来可靠地生产这些基本药物。我们会有更可持续的、划算的和安全的生产方法，来生产这些重要的药物。”