Marijuana: Genetisk modifisert gjær brukt til å produsere THCA og CBDA

En av de største hindringene for å få folk ombord med medisinsk marihuana er at noen mennesker liker ikke marihuana. Selv ettersom legalisering blir utbredt, har det en lang vei å gå før det fullstendig kaster sitt dårlige rykte. I mellomtiden er funnene av a Natur studie publisert onsdag kan bidra til å gjøre marihuana nyttig for folk som er leery av sin fortid. Ved å hack biologi av gjær, fant forskerne en måte å lage marihuana aktive ingredienser på uten marihuana planten.

Studien, ledet av Jay Keasling, Ph.D., et universitet i California, Berkeley kjemisk ingeniør og bioengineering professor, viser at gjær kan bli genetisk modifisert for å produsere noen store cannabinoider, kjemiske forbindelser funnet i marihuana.

De mest kjente cannabinoider er THC, kjent for sin evne til å få folk høyt, og CBD (cannabidiol), assosiert med lindring fra smerte og angst. Disse forbindelsene, og dusinvis av andre kjente cannabinoider i planten, synes å spille forskjellige roller i de terapeutiske fordelene med medisinsk marihuana. Keasling og hans kollegaer viser at gjær kan brukes til å produsere THCA (Δ9-tetrahydrocannabinolsyre) og CBDA (cannabidiolsyre), de kjemiske forløpene til THC og CBD.

Denne teknikken er ikke noe nytt: Genmodifisert gjær har tidligere blitt modifisert for å produsere humle for å gi ølsmak, syntetiske hvite hvitt og til og med kjemikalier for å smake sjokolade. Genetiske modifikasjonsteknikker som CRISPR / Cas9 kan brukes til å kapre gjærens vanlige prosesser for å produsere forbindelser ved å tillate forskere å sette inn et gen fra en annen organisme - som bærer instruksjonene for å lage et annet kjemikalie - inn i gjærets genom. Som gjærcellene bærer livene sine som vanlig produserer de den ønskede kjemikalien, som forskerne da kan samle.

I dette tilfellet ga teamet sin gjær a cannabis -dannet gen som bærer instruksjoner for å produsere olivetolsyre, en forløperforbindelse til THC eller CBD. De ga dem også cannabis gener som ville skape enzymer som faktisk kunne slå olivetolsyre inn i THC og CBD. Og så, sammen med et fast kosthold av den enkle sukker galaktosen, hadde gjær alt de trengte for å gjøre lagets bud.

"Sammen," skriver laget, "disse resultatene ligger grunnlaget for den store produksjonen av både naturlige og syntetiske cannabinoider, noe som kan forbedre farmakologisk forskning i disse forbindelsene."

Poenget med denne studien var å finne ut hvordan man kan produsere cannabinoider "uavhengig av cannabis dyrking"; med andre ord, å høste fordelene med marihuana uten å trenge planten. Det er en stor oppside for å gjøre det: Cannabinoider som for tiden brukes til reseptbelagte legemidler (som det CBD-baserte anti-seizure drug Epidiolex) er avledet direkte fra planten, der de egentlig ikke eksisterer i svært høye konsentrasjoner. Hvis den samme forbindelsen kan produseres kunstig, vil det være mye lettere å skalere opp for å lage reseptbelagte legemidler.

Og selvfølgelig er det for den ugresskonservative befolkningen mye lettere å ta en pille som inneholder marihuanaforbindelser enn å bruke marihuana selv. På samme måte som opiumpoppyavledede opioider som kodein og morfin brukes ofte som rusmidler, men det er nå tabu for å få høyt på opiumvalmuer selv, døren er nå åpen for kjemikalier som CBD og THC å eksistere og bli produsert, langt unna fra den misforståtte planten som de kom fra i utgangspunktet.

Abstrakt:

Cannabis sativa L. har blitt dyrket og brukt rundt om i verden for sine medisinske egenskaper i årtusener. Noen cannabinoider, kjennetegnene til cannabis, og deres analoger er blitt undersøkt omfattende for deres potensielle medisinske applikasjoner. Visse cannabinoide formuleringer har blitt godkjent som reseptbelagte legemidler i flere land for behandling av en rekke menneskelige plager. Studien og medisinsk bruk av cannabinoider har imidlertid blitt hindret av lovlig planlegging av cannabis, de lave plantasamfunnene i nesten alle dusinvis av kjente cannabinoider, og deres strukturelle kompleksitet, som begrenser masse kjemisk syntese. Her rapporterer vi den komplette biosyntese av de store cannabinoiderne cannabigerolsyre, Δ9-tetrahydrocannabinolsyre, cannabidiolsyre, Δ9-tetrahydrocannabivarin-syre og cannabidivarinsyre i Saccharomyces cerevisiae, fra den enkle sukker galaktosen. For å oppnå dette konstruerte vi den innfødte mevalonatbanen for å gi en høy flux av geranylpyrofosfat og introduserte en heterolog, biologisk syntetisk bane av heksanoyl-CoA. Vi introduserte også cannabis gener som koder for enzymer involvert i biosyntese av olivetolsyre, samt genet for et tidligere uoppdaget enzym med geranylpyrofosfat: olivetolat geranyltransferaseaktivitet og gener for tilsvarende cannabinoidsyntaser. Videre etablerte vi en biosyntetisk tilnærming som utnyttet promiskuiteten til flere pathway-gener for å produsere cannabinoidanaloger. Feeding forskjellige fettsyrer til våre konstruerte stammer ga cannabinoidanaloger med modifikasjoner i den delen av molekylet som er kjent for å endre reseptorbindingsaffinitet og potens. Vi viste også at vårt biologiske system kunne suppleres med enkel syntetisk kjemi for ytterligere å utvide det tilgjengelige kjemiske rommet. Vårt arbeid gir en plattform for produksjon av naturlige og unaturlige cannabinoider som vil muliggjøre en strengere studier av disse forbindelsene og kunne brukes i utviklingen av behandlinger for en rekke helseproblemer.