Opiaty pozyskiwane z roślin maku, takie jak m.in. morfina, kodeina, czy tebaina od stuleci były wykorzystywane jako substancje lecznicze. Morfina znalazła zastosowanie jako lek przeciwbólowy, kodeina posłużyła ludziom jako remedium na kaszel, a różne modyfikacje chemiczne tebainy doprowadziły do powstania całej gamy leków uśmierzających ból.

Naukowcy ze Stanford wymarzyli sobie produkcję leków przeciwbólowych z grupy opioidów w kadziach fermentacyjnych. Obecnie proces pozyskiwania substancji aktywnych gotowych do podania człowiekowi obejmuje 17 etapów, z czego kilka pierwszych zachodzi naturalnie w roślinach maku, natomiast kolejne stanowią specjalistyczne modyfikacje chemiczne przeprowadzane w fabrykach firm farmaceutycznych. Biorąc pod uwagę stopień skomplikowania całego procesu trzeba przyznać, że grupa ze Stanford wybrała bardzo trudny cel. 

Najważniejszym wyzwaniem było umieszczenie całego łańcucha produkcyjnego w komórkach gospodarza, jako którego wybrano drożdże. Narzędzia bioinżynierii i dogłębne badania procesów zachodzących podczas powstawania opiatów pozwoliły na odpowiednią modyfikację mikroorganizmów, aby pod kątem produkcyjnym zachowywały się analogicznie jak maki. Dodatkowo celem było przemysłowe wytwarzanie różnych typów opioidów, a co za tym idzie konieczne było zmodyfikowanie procesów zachodzących w organizmach drożdży w różny sposób – w zależności od pożądanego produktu.

Do genomu wszystkich modyfikowanych drożdży wprowadzono pięć kluczowych genów pochodzących z dwóch różnych organizmów – trzy z samego maku, oraz dwa z bakterii żyjącej na łodygach tych roślin. Cały proces wymagał jednak znacznie więcej zaangażowania ze strony naukowców, niż tylko wprowadzenie do organizmów drożdży określonych genów. Pożądane cząsteczki opioidowe posiadają bowiem struktury trójwymiarowe, które naturalnie są formowane w określonych kompartmentach w roślinie maku. Takie rejony zatem trzeba było również  odtworzyć wewnątrz komórek drożdży.

Mimo wysokiego stopnia komplikacji przedsięwzięcia, stopniowo udaje się rozwiązywać napotykane problemy. Jak mówi liderka grupy badawczej, prof. Christina Smolke: "Jesteśmy już bardzo blisko replikowania całego procesu produkcji opioidów w sposób eliminujący konieczność wzrostu maków."
 

Prowadzone prace, poza wpływem na rozwój bioinżynierii, mają również przynieść wymierne korzyści społeczeństwu. Pierwszym z nich ma być uniezależnienie firm farmaceutycznych od dostaw maków. Współcześnie bowiem legalna uprawa maku ogranicza się do tylko kilku krajów, takich jak Australia, Francja, Węgry, Indie, Hiszpania oraz Turcja. Uprawy te są ściśle nadzorowane przez odpowiednie organy. Kontrole mają zapobiegać przetwarzaniu pozyskiwanych z maków substancji na nielegalne środki odurzające. Ze względu jednak, na ograniczony areał upraw firmy farmaceutyczne są zależne od dostawców roślin. Taka sytuacja skutkuje występowaniem tzw. luk w podaży ważnych leków przeciwbólowych bazujących na opiatach. Opracowanie technologii wytwarzania tych substancji w kadziach fermentacyjnych znacznie ułatwiłoby zatem funkcjonowanie przemysłu farmaceutycznego.

Dodatkowym aspektem opracowania metody pozyskiwania opioidów bez udziału maków byłoby jeszcze drastyczniejsze ograniczenie upraw tych roślin. Takie rozwiązanie zmniejszyłoby również możliwości podziemia narkotykowego, które z nielegalnie pozyskanych maków wytwarza środki odurzające.   

Uzyskanie drożdży zdolnych do przeprowadzenia procesu wytwarzania opioidów stanowi z pewnością ogromny sukces bioinżynierii. Przed zespołem ze Stanford jednak jest bardzo dużo pracy. Teraz muszą zoptymalizować samą technologię otrzymywania substancji czynnych z cukru, bo to on stanowi główny substrat w kadziach fermentacyjnych. Kolejnym krokiem będzie ustalenie sposobu rafinacji opioidów po zakończeniu procesu. Naukowcy mówią, że udoskonalenie końcowych etapów i przeniesienie produkcji ze skali laboratoryjnej do kadzi przemysłowych może potrwać jeszcze kilka lat. Jeżeli jednak całość projektu zostanie zakończona sukcesem to myślę, że lada moment będziemy mogli się spodziewać podejmowania podobnych wyzwań przez inne zespoły badawcze.