Marihuana: Genetisch veränderte Hefe zur Herstellung von THCA und CBDA

Eine der größten Hürden, um Menschen mit medizinischem Marihuana an Bord zu bekommen, besteht darin, dass manche Menschen dies tun mag Marihuana nicht. Auch wenn sich die Legalisierung verbreitet hat, hat Weed noch einen langen Weg vor sich, bis es seinen schlechten Ruf vollständig aufgibt. Inzwischen sind die Ergebnisse von a Natur Die am Mittwoch veröffentlichte Studie könnte dazu beitragen, Marihuana für Menschen nützlich zu machen, die ihrer Vergangenheit gegenüber misstrauisch sind. Durch das Hacken der Biologie von Hefe fanden Wissenschaftler einen Weg, um die Wirkstoffe von Marihuana herzustellen ohne die Marihuana-Pflanze.

Die Studie, geleitet von Jay Keasling, einer Universität von Kalifornien, einem Professor für Chemieingenieurwesen und Bioingenieurwesen in Berkeley, zeigt, dass Hefe genetisch modifiziert werden kann, um einige wichtige Cannabinoide zu produzieren, die in Marihuana gefundenen chemischen Verbindungen sind.

Die bekanntesten Cannabinoide sind THC, bekannt für seine Fähigkeit, Menschen in die Höhe zu bringen, und CBD (Cannabidiol), das mit einer Linderung von Schmerzen und Angstzuständen einhergeht. Diese Verbindungen und die Dutzende anderer bekannter Cannabinoide in der Pflanze scheinen verschiedene Rollen bei den therapeutischen Vorteilen von medizinischem Marihuana zu spielen. Keasling und seine Kollegen zeigen, dass Hefe zur Herstellung von THCA (Δ9-Tetrahydrocannabinolsäure) und CBDA (Cannabidiolsäure), den chemischen Vorläufern von THC und CBD, verwendet werden kann.

Diese Technik ist nichts Neues: Gentechnisch veränderte Hefe wurde zuvor so modifiziert, dass Hopfen erzeugt wird, um Biergeschmack, synthetisches Eiweiß und sogar Chemikalien zum Aroma von Schokolade zu geben. Genetische Modifikationstechniken wie CRISPR / Cas9 können verwendet werden, um die üblichen Prozesse der Hefe zur Herstellung von Verbindungen zu entführen, indem Wissenschaftler die Möglichkeit haben, ein Gen aus einem anderen Organismus, das die Anweisungen zur Herstellung einer anderen Chemikalie trägt, in das Genom der Hefe einzuführen. Da die Hefezellen wie üblich leben, produzieren sie die gewünschte Chemikalie, die die Wissenschaftler dann sammeln können.

In diesem Fall gab das Team der Hefe eine Cannabis - abgeleitetes Gen, das Anweisungen zur Herstellung von Olivetolsäure, einer Vorläuferverbindung zu THC oder CBD, enthält. Sie gaben sie auch Cannabis Gene, die die Enzyme schaffen würden, die tatsächlich Olivetolsäure bilden könnten in THC und CBD. Zusammen mit einer konstanten Diät mit der einfachen Zuckergalactose hatte die Hefe also alles, was sie brauchten, um das Team zu bieten.

"Zusammen", schreibt das Team, "bilden diese Ergebnisse die Grundlage für die großtechnische Produktion von sowohl natürlichen als auch synthetischen Cannabinoiden, die die pharmakologische Forschung an diesen Verbindungen verbessern könnten."

Ziel dieser Studie war es herauszufinden, wie man Cannabinoide "unabhängig vom Cannabisanbau" herstellen kann; mit anderen Worten, die Vorteile von Marihuana zu nutzen, ohne die Pflanze zu benötigen. Dies hat einen großen Vorteil: Cannabinoide, die derzeit für verschreibungspflichtige Arzneimittel (wie das auf CBD basierende Mittel gegen Krampfanfälle, Epidiolex) verwendet werden, stammen direkt aus der Pflanze, wo sie nicht in sehr hohen Konzentrationen vorliegen. Wenn dieselbe Verbindung künstlich hergestellt werden kann, ist es viel einfacher, sie auf verschreibungspflichtige Medikamente umzustellen.

Und natürlich ist es für das konservativ konservative Publikum viel einfacher, eine Pille mit Marihuana-Verbindungen zu sich zu nehmen, als Marihuana selbst zu verwenden. Auf die gleiche Weise, wie Opioide aus Opiummohn wie Codein und Morphin häufig als Drogen verwendet werden, ist es jetzt ein Tabu, Opiummohn selbst hochzuhalten. Die Tür ist jetzt offen für Chemikalien wie CBD und THC, die weit weg existieren und produziert werden können von der missverstandenen Pflanze, aus der sie überhaupt kamen.

Abstrakt:

Cannabis sativa L. wird seit Jahrtausenden wegen seiner medizinischen Eigenschaften weltweit angebaut und verwendet. Einige Cannabinoide, die Markenzeichen von Cannabis und ihre Analoga wurden ausführlich auf ihre potenziellen medizinischen Anwendungen hin untersucht. Bestimmte Cannabinoidformulierungen wurden in mehreren Ländern als verschreibungspflichtige Arzneimittel zur Behandlung einer Reihe von Erkrankungen des Menschen zugelassen. Die Studie und der medikamentöse Einsatz von Cannabinoiden wurden jedoch durch die legale Planung von gestört Cannabis, der geringe Pflanzenreichtum von fast allen Dutzenden bekannter Cannabinoiden und ihre strukturelle Komplexität, die die chemische Synthese von Masse einschränkt. Hier berichten wir über die vollständige Biosynthese der wichtigsten Cannabinoide Cannabigerolsäure, Δ9-Tetrahydrocannabinolsäure, Cannabidiolsäure, Δ9-Tetrahydrocannabivarinsäure und Cannabidivarinsäure Saccharomyces cerevisiae aus der einfachen Zuckergalactose. Um dies zu erreichen, entwickelten wir den nativen Mevalonat-Weg, um einen hohen Fluss von Geranylpyrophosphat bereitzustellen, und führten einen heterologen, aus mehreren Organismen abgeleiteten Hexanoyl-CoA-Biosyntheseweg ein. Wir haben auch die vorgestellt Cannabis Gene, die für die Enzyme kodieren, die an der Biosynthese von Olivetolsäure beteiligt sind, sowie das Gen für ein bislang unentdecktes Enzym mit Geranylpyrophosphat: Olivetolat-Geranyltransferase-Aktivität und die Gene für entsprechende Cannabinoid-Synthasen. Darüber hinaus haben wir einen biosynthetischen Ansatz etabliert, der die Promiskuität mehrerer Pathway-Gene nutzte, um Cannabinoid-Analoga herzustellen. Die Fütterung unserer entwickelten Stämme mit verschiedenen Fettsäuren lieferte Cannabinoidanaloga mit Modifikationen in dem Teil des Moleküls, von dem bekannt ist, dass er die Bindungsaffinität und -stärke des Rezeptors verändert. Wir haben auch gezeigt, dass unser biologisches System durch einfache Synthesechemie ergänzt werden kann, um den zugänglichen chemischen Raum weiter zu erweitern. Unsere Arbeit bietet eine Plattform für die Produktion natürlicher und unnatürlicher Cannabinoide, die eine genauere Untersuchung dieser Verbindungen ermöglichen und bei der Entwicklung von Behandlungen für eine Vielzahl von menschlichen Gesundheitsproblemen eingesetzt werden könnte.