Marijuana: Genetisk modificeret gær bruges til at producere THCA og CBDA

En af de største forhindringer for at få folk om bord med medicinsk marihuana er, at nogle mennesker kan ikke lide marihuana. Selv efterhånden som legalisering bliver udbredt, har ukrudt en lang vej at gå, før det fuldt ud kaster sit dårlige ry. I mellemtiden er resultaterne af a Natur undersøgelse offentliggjort onsdag kunne hjælpe med at gøre marihuana nyttigt for folk, der er leery af sin fortid. Ved at hacke gærbiologi, fandt forskerne en måde at lave marihuana aktive ingredienser på uden marihuana planten.

Undersøgelsen, ledet af Jay Keasling, Ph.D., University of California, Berkeley Chemical Engineering og Bioengineering Professor, viser, at gær kan genetisk modificeres til at producere nogle store cannabinoider, de kemiske forbindelser, der findes i marihuana.

De mest kendte cannabinoider er THC, der er kendt for sin evne til at få folk højt og CBD (cannabidiol), der er forbundet med lindring af smerte og angst. Disse forbindelser og de mange andre kendte cannabinoider i planten synes at spille forskellige roller i de terapeutiske fordele ved medicinsk marihuana. Keasling og hans kolleger viser, at gær kan anvendes til fremstilling af THCA (Δ9-tetrahydrocannabinolsyre) og CBDA (cannabidiolsyre), de kemiske forstadier til THC og CBD.

Denne teknik er ikke noget nyt: Genetisk modificeret gær er tidligere blevet modificeret til at producere humle for at give ølens smag, syntetiske æggehvider og endda kemikalier til at smake chokolade. Genetiske modifikationsteknikker som CRISPR / Cas9 kan bruges til at kapre gærens sædvanlige processer til fremstilling af forbindelser ved at tillade forskere at indsætte et gen fra en anden organisme - der bærer instruktionerne til at lave et andet kemikalie - ind i gærets genom. Da gærcellerne fortsætter deres liv som sædvanligt, producerer de det ønskede kemikalie, som forskerne derefter kan indsamle.

I dette tilfælde gav holdet deres gær a Cannabis -afledt gen, der bærer instruktioner til fremstilling af olivetolsyre, en forstadieforbindelse til THC eller CBD. De gav dem også Cannabis gener, der ville skabe de enzymer, der rent faktisk kunne slå olivetolisk syre ind i THC og CBD. Og så havde gæren sammen med en stabil kost af den simple sukkergalactose alt, hvad de havde brug for for at gøre holdets bud.

"Sammen", skriver teamet, "disse resultater ligger til grund for den store produktion af både naturlige og syntetiske cannabinoider, hvilket kunne forbedre farmakologisk forskning i disse forbindelser."

Udgangspunktet for denne undersøgelse var at finde ud af, hvordan man producerer cannabinoider "uafhængig af cannabis dyrkning"; med andre ord at høste fordelene ved marihuana uden at have brug for planten. Der er en stor opside at gøre det: Cannabinoider, der i øjeblikket bruges til receptpligtige lægemidler (som det CBD-baserede anti-beslaglægemiddel Epidiolex) er afledt direkte fra planten, hvor de ikke rent faktisk eksisterer i meget høje koncentrationer. Hvis den samme forbindelse kan fremstilles kunstigt, vil det være meget lettere at skala op for at lave receptpligtige lægemidler.

Og selvfølgelig for det ukrudtsbevidste publikum er det meget nemmere at tage en pille indeholdende marihuanaforbindelser end at bruge marihuana selv. På samme måde som opiumvalmafledte opioider som codeine og morfin er almindeligt anvendt som lægemidler, men det er nu tabu for at få høj på opiumvalmuer selv, døren er nu åben for kemikalier som CBD og THC at eksistere og produceres langt væk fra den misforståede plante, hvorfra de kom fra i første omgang.

Abstrakt:

Cannabis sativa L. er blevet dyrket og brugt verden over for dets medicinske egenskaber i årtusinder. Nogle cannabinoider, de vigtigste bestanddele af Cannabis, og deres analoger er blevet undersøgt udførligt for deres potentielle medicinske anvendelser. Visse cannabinoide formuleringer er blevet godkendt som receptpligtig medicin i flere lande til behandling af en række menneskelige lidelser. Undersøgelsen og medicinsk brug af cannabinoider er imidlertid blevet hæmmet af den lovlige planlægning af Cannabis, den lave mængde plantager i næsten alle dusinvis af kendte cannabinoider og deres strukturelle kompleksitet, som begrænser masse kemisk syntese. Her rapporteres den komplette biosyntese af de store cannabinoider cannabigerolsyre, Δ9-tetrahydrocannabinolsyre, cannabidiolsyre, Δ9-tetrahydrocannabivarin-syre og cannabidivarinsyre i Saccharomyces cerevisiae, fra den simple sukker galactose. For at opnå dette konstruerede vi den oprindelige mevalonatbane for at tilvejebringe en høj flux af geranylpyrophosphat og indførte en heterolog, biologisk syntetisk biprodukt fra hexanoyl-CoA. Vi introducerede også Cannabis gener, som koder for de enzymer, der er involveret i biosyntesen af ​​olivetolsyre, såvel som genet for et tidligere uopdaget enzym med geranylpyrophosphat: olivetolat geranyltransferaseaktivitet og generne for tilsvarende cannabinoidsyntaser. Desuden etablerede vi en biosyntetisk tilgang, der udnyttede promiskuiteten hos flere pathegener til at producere cannabinoidanaloger. Fodring af forskellige fedtsyrer til vores konstruerede stammer gav cannabinoidanaloger med modifikationer i den del af molekylet, som er kendt for at ændre receptorbindingsaffinitet og styrke. Vi viste også, at vores biologiske system kunne suppleres med simpel syntetisk kemi for yderligere at udvide det tilgængelige kemiske rum. Vores arbejde udgør en platform for produktion af naturlige og unaturlige cannabinoider, der vil muliggøre en mere grundig undersøgelse af disse forbindelser og kunne anvendes til udvikling af behandlinger til forskellige menneskers sundhedsproblemer.