在設想無動物藥物供應的情況下，科學家們首次對一種普通細菌進行了重新編程，以製造一種用於藥品和保健品的設計多醣分子。根據2021年3月2日發表在《自然-通訊》上的論文，研究人員對大腸桿菌進行了改造，以生產硫酸軟骨素，這種藥物是最著名的治療關節炎膳食補充劑，目前它的來源是牛氣管。

基因工程大腸桿菌被用來製造一長串的藥用蛋白質，但花了好幾年時間才哄騙細菌生產出這一類鏈接糖分子中最簡單的一種，被稱為硫酸化糖胺聚醣，它經常被用作藥物和保健品。通過工程設計讓大腸桿菌產生這些分子是一個挑戰，研究人員必須做出許多改變並平衡這些改變，這樣細菌才能很好地生長，但這項工作表明，使用大腸桿菌以無動物的方式生產這些多醣是可能的，而且該程序可以擴展到生產其他硫酸化糖胺聚醣。”

在倫斯勒，Koffas與化學和生物工程研究員Jonathan Dordick以及化學和化學生物學教授Robert Linhardt合作。這三人都是生物技術和跨學科研究中心的成員。Dordick是利用酶進行材料合成和設計生物分子工具以開發更好藥物的先驅。林哈特是一位醣類專家，也是世界上最權威的血液稀釋劑肝素的研究者之一，肝素是一種目前從豬腸中提取的硫酸化糖胺聚醣。

開發出第一種合成版肝素的Linhardt表示，與目前的提取工藝甚至化學酶法工藝相比，工程化大腸桿菌生產該藥物有很多優勢。Koffas概述了團隊必須在細菌中建立的三個主要步驟，以便它能夠生產硫酸軟骨素，其中包括引入一個基因簇以產生未硫酸化的多醣前體分子，對細菌進行工程設計以製造充足的能量昂貴的硫供體分子，以及引入硫轉移酶以將硫供體分子放到未硫酸化的多醣前體分子上。

該團隊首先製作了該酶的結構，然後使用一種算法來幫助識別它們，以便可以對該酶進行突變，以產生一個可以在大腸桿菌中工作的穩定版本。雖然修改後的大腸桿菌產生的產量相對較小，在每升微克的量級上，但它們在普通實驗室條件下茁壯成長，提供了一個強大的概念證明。

這項工作是生物製品工程和製造方面的一個里程碑，它為治療和再生醫學等幾個領域開闢了新的途徑，這些領域通常需要大量的特定分子供應。