Marihuana: Genetycznie zmodyfikowane drożdże używane do produkcji THCA i CBDA

Jedną z największych przeszkód w zdobyciu ludzi na pokładzie medycznej marihuany jest to, że niektórzy ludzie nie lubisz marihuany. Nawet gdy legalizacja staje się powszechna, chwasty mają przed sobą długą drogę, zanim w pełni pozbywają się złej reputacji. W międzyczasie ustalenia a Natura badanie opublikowane w środę może pomóc w uczynieniu marihuany użytecznej dla ludzi, którzy są oszukiwani w przeszłości. Poprzez włamanie się do biologii drożdży naukowcy znaleźli sposób na wytworzenie aktywnych składników marihuany bez rośliny marihuany.

Badanie, prowadzone przez doktora Jaya Keaslinga, profesora inżynierii chemicznej i bioinżynierii z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, pokazuje, że drożdże mogą być modyfikowane genetycznie w celu wytworzenia głównych kanabinoidów, związków chemicznych występujących w marihuanie.

Najbardziej znanymi kannabinoidami są THC, znany ze swojej zdolności do podnoszenia ludzi, oraz CBD (kannabidiol), związany z ulgą w bólu i niepokoju. Związki te i dziesiątki innych znanych kannabinoidów w roślinie wydają się odgrywać różne role w terapeutycznych korzyściach marihuany medycznej. Keasling i jego koledzy pokazują, że drożdże można wykorzystać do produkcji THCA (kwas Δ9-tetrahydrokanabinolowy) i CBDA (kwas kannabidiolowy), prekursorów chemicznych THC i CBD.

Ta technika nie jest niczym nowym: Genetycznie zmodyfikowane drożdże zostały wcześniej zmodyfikowane w celu wytwarzania chmielu, aby nadać smak piwa, syntetyczne białka jaja, a nawet chemikalia do aromatyzowania czekolady. Techniki modyfikacji genetycznej, takie jak CRISPR / Cas9, można wykorzystać do przejęcia zwyczajnych procesów wytwarzania drożdży przez umożliwienie naukowcom wstawienia genu z innego organizmu - zawierającego instrukcje dotyczące wytwarzania innego środka chemicznego - do genomu drożdży. Ponieważ komórki drożdży kontynuują swoje życie jak zwykle, wytwarzają pożądaną substancję chemiczną, którą naukowcy mogą następnie zebrać.

W tym przypadku zespół podał drożdże Konopie indyjskie gen pochodzący z instrukcji wytwarzania kwasu oliwetolowego, związku prekursorowego do THC lub CBD. Dali im także Konopie indyjskie geny, które wytworzyłyby enzymy, które mogłyby faktycznie przekształcić kwas oliwetolowy w THC i CBD. Tak więc, wraz ze stałą dietą prostej galaktozy cukrowej, drożdże miały wszystko, czego potrzebowały do ​​licytacji zespołu.

„Razem”, pisze zespół, „te wyniki stanowią podstawę do produkcji na dużą skalę zarówno naturalnych, jak i syntetycznych kannabinoidów, co może poprawić badania farmakologiczne tych związków”.

Celem tego badania było ustalenie, jak produkować kanabinoidy „niezależne od uprawy konopi”; innymi słowy, czerpać korzyści z marihuany bez potrzeby stosowania rośliny. Jest to duży plus: kannabinoidy obecnie stosowane na leki na receptę (takie jak lek przeciwpadaczkowy na bazie CBD Epidiolex) pochodzą bezpośrednio z rośliny, gdzie w rzeczywistości nie istnieją w bardzo wysokich stężeniach. Jeśli ten sam związek można wyprodukować sztucznie, znacznie łatwiej będzie skalować go, aby produkować leki na receptę.

I oczywiście dla konserwatywnej publiczności chwastów znacznie łatwiej jest zażyć pigułkę zawierającą związki marihuany niż używać samej marihuany. W ten sam sposób, w jaki opiaty pochodzące z maku lekarskiego, takie jak kodeina i morfina, są powszechnie stosowane jako narkotyki, ale obecnie tematem tabu jest zdobywanie wysokiej jakości maków do opium, drzwi są teraz otwarte, aby substancje chemiczne, takie jak CBD i THC mogły istnieć i być produkowane, daleko z niezrozumiałej rośliny, z której pochodzą.

Abstrakcyjny:

Cannabis sativa L. był uprawiany i używany na całym świecie ze względu na swoje właściwości lecznicze przez tysiąclecia. Niektóre kanabinoidy, składniki charakterystyczne Konopie indyjskie, a ich analogi były szeroko badane pod kątem potencjalnych zastosowań medycznych. Niektóre preparaty kanabinoidowe zostały zatwierdzone jako leki na receptę w kilku krajach do leczenia wielu ludzkich dolegliwości. Jednak badania i zastosowanie lecznicze kannabinoidów zostało utrudnione przez legalne planowanie Konopie indyjskie, niska obfitość roślin prawie wszystkich dziesiątek znanych kannabinoidów i ich złożoność strukturalna, która ogranicza masową syntezę chemiczną. Poniżej przedstawiamy pełną biosyntezę głównych kannabinoidów: kwasu kanabigerolowego, kwasu Δ9-tetrahydrokanabinolowego, kwasu kannabidiolowego, kwasu Δ9-tetrahydrokannabiwarynowego i kwasu kannabidiwarynowego w Saccharomyces cerevisiae, z prostej galaktozy cukrowej. Aby to osiągnąć, opracowaliśmy natywny szlak mewalonianu, aby zapewnić wysoki przepływ pirofosforanu geranylu i wprowadzono heterologiczny, biosyntetyczny szlak heksanoilo-CoA pochodzący z wielu organizmów. Wprowadziliśmy również Konopie indyjskie geny kodujące enzymy biorące udział w biosyntezie kwasu oliwetolowego, a także gen wcześniej nieodkrytego enzymu o aktywności geranylopirofosforanu: oletetolanu geranylotransferazy i geny odpowiadających syntaz kannabinoidowych. Ponadto opracowaliśmy podejście biosyntetyczne, które wykorzystało rozwiązłość kilku genów szlaku do produkcji analogów kannabinoidów. Podawanie różnych kwasów tłuszczowych do naszych zmodyfikowanych szczepów dało analogi kannabinoidów z modyfikacjami w części cząsteczki, o której wiadomo, że zmienia powinowactwo wiązania receptora i siłę działania. Wykazaliśmy również, że nasz system biologiczny można uzupełnić prostą chemią syntetyczną, aby jeszcze bardziej rozszerzyć dostępną przestrzeń chemiczną. Nasza praca stanowi platformę do produkcji naturalnych i nienaturalnych kannabinoidów, które pozwolą na bardziej rygorystyczne badania tych związków i mogą zostać wykorzystane w opracowaniu metod leczenia różnych problemów zdrowotnych człowieka.