Marijuana: Genetiskt modifierad jäst används för att producera THCA och CBDA

En av de största hindren för att få människor ombord med medicinsk marijuana är att vissa människor gillar inte marijuana. Även om legalisering blir utbredd, har weed en lång väg att gå innan den fullständigt döljer sitt dåliga rykte. Under tiden har resultaten av a Natur studie publicerad onsdag kan hjälpa till att göra marijuana användbart för människor som är leery av dess förflutna. Genom att hacka biologin av jäst, hittade forskare ett sätt att göra marijuana aktiva ingredienser utan marijuana växten.

Studien, ledd av Jay Keasling, Ph.D., en University of California, Berkeley Chemical Engineering och bioengineering professor, visar att jäst kan genetiskt modifieras för att producera några större cannabinoider, de kemiska föreningar som finns i marijuana.

De mest kända cannabinoiderna är THC, kända för sin förmåga att få människor höga och CBD (cannabidiol), förknippade med lättnad från smärta och ångest. Dessa föreningar och dussintals andra kända cannabinoider i växten verkar spela olika roller i de terapeutiska fördelarna med medicinsk marijuana. Keasling och hans kollegor visar att jäst kan användas för att producera THCA (A9-tetrahydrocannabinolsyra) och CBDA (cannabidiolsyra), de kemiska prekursorerna till THC och CBD.

Denna teknik är inte ny: Genetiskt modifierad jäst har tidigare modifierats för att producera humle för att ge ölens smak, syntetiska äggvitor och till och med kemikalier för att smaka choklad. Genetiska modifieringsmetoder som CRISPR / Cas9 kan användas för att kapa jästens vanliga processer för att producera föreningar genom att tillåta forskare att infoga en gen från en annan organism - med instruktionerna för att göra en annan kemikalie - in i jästgenomet. Eftersom jästcellerna fortsätter sina liv som vanliga producerar de den önskade kemikalien, som forskarna sedan kan samla in.

I detta fall gav teamet sin jäst a Cannabis -genererad gen som bär anvisningar för framställning av olivetolsyra, en prekursorförening till THC eller CBD. De gav dem också Cannabis gener som skulle skapa enzymer som faktiskt kunde vända olivetolsyra in i THC och CBD. Och så, tillsammans med en stadig kost av den enkla sockergalaktosen, hade jäst allt de behövde för att göra lagets budgivning.

"Sammanfattningsvis" skriver laget "dessa resultat lägger grunden för storskalig produktion av både naturliga och syntetiska cannabinoider, vilket kan förbättra farmakologisk forskning kring dessa föreningar."

Poängen med denna studie var att räkna ut hur man producerar cannabinoider "oberoende av cannabisodling"; med andra ord, att skörda fördelarna med marihuana utan att behöva växten. Det finns en stor uppsida att göra: Cannabinoider som för närvarande används för receptbelagda läkemedel (som det CBD-baserade anti-beslagsmedlet Epidiolex) härrör direkt från växten, där de inte existerar i mycket höga koncentrationer. Om samma förening kan produceras konstgjort, blir det mycket lättare att skala upp för att göra receptbelagda läkemedel.

Och naturligtvis är det för den weed-konservativa allmänheten mycket lättare att ta ett piller innehållande marijuanaföreningar än att använda marihuana själv. På samma sätt som opio-vallmo-härledda opioider som kodin och morfin används vanligtvis som droger, men det är nu tabu för att få höga opiumvalmor själva, dörren är nu öppen för kemikalier som CBD och THC att finnas och produceras, långt borta från den missförstådda växten från vilken de kom från i första hand.

Abstrakt:

Cannabis sativa L. har odlats och använts runt om i världen för sina medicinska egenskaper under årtusenden. Några cannabinoider, kännetecknen av Cannabis, och deras analoger har undersökts omfattande för deras potentiella medicinska tillämpningar. Vissa cannabinoidformuleringar har godkänts som receptbelagda läkemedel i flera länder för behandling av en rad mänskliga sjukdomar. Studien och medicinsk användning av cannabinoider har emellertid hindrats av den juridiska planeringen av Cannabis, de låga plantaflödena hos nästan alla dussintals kända cannabinoider och deras strukturella komplexitet, vilket begränsar bulkkemisk syntes. Här rapporterar vi den fullständiga biosyntesen av de stora cannabinoiderna cannabigerolsyra, Δ9-tetrahydrocannabinolsyra, cannabidiolsyra, Δ9-tetrahydrocannabivarin-syra och cannabidivarinsyra i Saccharomyces cerevisiae, från den enkla sockergalaktosen. För att uppnå detta konstruerade vi den inhemska mevalonatvägen för att ge ett högt flöde av geranylpyrofosfat och introducerade en heterolog, biologiskt syntetisk, biologiskt syntetisk vävnad med flera organismer. Vi introducerade också Cannabis gener som kodar för enzymerna som är involverade i biosyntesen av olivetolsyra, liksom genen för ett tidigare oupptäckt enzym med geranylpyrofosfat: olivetolat geranyltransferasaktivitet och generna för motsvarande cannabinoidsyntaser. Vidare etablerade vi ett biosyntetiskt tillvägagångssätt som utnyttjade promiskuiteten hos flera vägar för att producera cannabinoidanaloger. Att mata olika fettsyror till våra konstruerade stammar gav cannabinoidanaloger med modifieringar i den del av molekylen som är känd för att förändra receptorbindningsaffinitet och -styrka. Vi visade också att vårt biologiska system skulle kunna kompletteras med enkel syntetisk kemi för att ytterligare expandera det tillgängliga kemiska utrymmet. Vårt arbete utgör en plattform för produktion av naturliga och onaturliga cannabinoider som möjliggör en noggrannare studie av dessa föreningar och kan användas vid utveckling av behandlingar för olika hälsoproblem.