Растения производят множество натуральных продуктов, полезных для здоровья человека, и многие из этих видов применения фармакологических соединений были тщательно рассмотрены. Традиционно лекарственные препараты на основе натуральных продуктов вводили перорально в виде неочищенных экстрактов. Однако такая доставка вызывает смутное беспокойство в отношении безопасности, поскольку неочищенные экстракты могут включать вредные или нежелательные промежуточные продукты или содержать менее чем достаточные концентрации биологически активных соединений. Кроме того, коммерческое извлечение соединений в низких природных концентрациях из отдельных видов растений для получения терапевтических количеств одного соединения может быть вредным для популяций растений. Потенциально, даже создавая угрозу исчезновения данной разновидности растений. Как например в случае с тисом, массовое производство натурального продукта паклитаксела, источника химиотерапевтического препарата Таксол, вызвало угрозу вымирания не только вида Taxus brevifolia, но и всех видов в пределах рода.
Все чаще, предпринимаются усилия в области генетической и метаболической инженерии для увеличения производства растений, поставщиков основных метаболитов, представляющих интерес для медицины. Это усилие еще более расширилось в области микробов, при этом модельные организмы, такие как Escherichia coli и Saccharomyces cerevisiae, используются в качестве микробных хозяев для производства биосинтеза.
Биофарминг (biopharming) [греч. bio(s) — жизнь и pharmakon — лекарство] — применение методов генной инженерии к живым организмам для индукции или увеличения производства ими фармакологически активных продуктов и которые служат в качестве производителей различных препаратов для медицинской промышленности.
Биофарминг является благоприятным вариантом для фармацевтической разработки, поскольку он потенциально может быть более рентабельным, имеет более тонкую очистку соединений и создаёт меньше проблем с загрязнением. Данный процесс более прост в регулировании, что приводит к усилению контроля над образованием потенциально токсичных побочных продуктов. Однако по мере того, как предпринимались попытки увеличить производство отдельных метаболитов или конечных продуктов, стало ясно, что это обычно не может быть достигнуто путем прямой генетической избыточной экспрессии или кормления конкретными субстратами.
Биосинтетическая инженерия - это динамичный и сложный процесс, который требует глубокого понимания не только основных путей, но и тонкостей метаболических процессов, генов и факторов транскрипции, а также влияния образования метаболических каналов метаболизма на всю систему. Когда эти пути синтетически экспрессируются в микробных хозяевах, возникает дополнительный набор сложностей, таких как то, как этот путь будет взаимодействовать с эндогенным метаболизмом, и вероятность того, что это приведет к неожиданным промежуточным продуктам и конечным продуктам. Тем не менее, технологические достижения продолжают расширять поле исследований, открывая путь для решения более сложных и амбициозных задач в области разработки фармацевтических натуральных продуктов.
Биосинтез фенилпропаноидов - это один из наиболее хорошо изученных метаболических путей растительного природного продукта, в котором, образуется ряд структур, которые получают различными способами с образованием широкого спектра вторичных метаболитов. Фенилпропаноиды как элементы растения, участвуют в таких процессах как поглощение света, реакция на стресс, устойчивость к патогенам, вторжение в среду обитания и посредничество во взаимодействии с другими организмами. Фармакологически фенилпропаноиды представляют особый интерес, поскольку они служат предшественниками витаминов и обладают множеством антиоксидантных, антиканцерогенных, противомикробных, противовоспалительных и борющихся с болезнями свойств. После получения набора основных структур фенилпропаноидный путь взаимодействует с различными ферментными группами , такими как оксигеназы, липазы, оксидоредуктазы и трансферазы, с образованием различных функциональных ветвей, которые приводят к биосинтезу натуральных продуктов, таких как флавоноиды, каротиноиды, стильбеноиды и полифенолы.
По мере того, как наше общее понимание метаболических процессов расширяется, манипуляции с конкретными белковыми соединениями и многими прочими активными веществами могут помочь в попытках создать новые биологически активные соединения из ранее существующих и потенциально даже синтетических мультиферментных комплексов.
