Каннабиноиды из амёб: новый способ производства активных соединений
Исследовательская группа из Института естественных наук и изучения инфекций им. Лейбница — Института Ганса Кнёля (Leibniz-HKI) в Йене (Германия) разработала новый метод производства сложных природных соединений в амёбах. Эти поликетиды включают различные антибиотики, а также оливетоловую кислоту — предшественник растительного активного ингредиента тетрагидроканнабинола (THC). Результаты опубликованы в Nature Biotechnology.
Поликетиды — это природные соединения с широким спектром терапевтического применения. Среди них — пищевые добавки, различные антибиотики, такие как эритромицин, и один из ключевых предшественников каннабиноидов: оливетоловая кислота. Она необходима для синтеза THC. Медицинское применение этого психоактивного вещества интенсивно исследуется, и оно уже используется, в частности, для облегчения состояния пациентов с неврологическими заболеваниями и болью.
THC — это природный компонент растения конопли. «Однако выделение THC в чистом виде из множества веществ очень сложно», — говорит Фальк Хилльманн, руководитель молодёжной исследовательской группы «Эволюция микробных взаимодействий» в Leibniz-HKI и соавтор исследования. Химический синтез THC, с другой стороны, дорог и имеет низкий выход. Поэтому он и его команда исследуют, как такие растительные вещества можно эффективно производить биотехнологически.
«До сих пор в основном используются бактерии, такие как Escherichia coli, или дрожжи Saccharomyces cerevisiae, но ни те, ни другие не являются природными продуцентами натуральных продуктов», — объясняет Вито Валианте, руководитель сотрудничающей молодёжной группы «Биоблоки синтезов микробных природных продуктов» в Leibniz-HKI. Соответственно, для обеспечения синтеза в этих классических модельных организмах необходимо большое количество генетических модификаций. Исследовательская группа ищет альтернативы. Один из перспективных кандидатов — амёба Dictyostelium discoideum, которая уже обладает многочисленными биосинтетическими генами для производства природных соединений, таких как поликетиды. «Присмотревшись к генам, мы заметили, что некоторые из них имеют высокое сходство с растительными биосинтетическими генами», — сказала первый автор Кристин Раймер, работающая над этой темой в рамках своей докторской диссертации.
Чтобы проверить, насколько хорошо D. discoideum подходит в качестве организма-хозяина для биотехнологического производства, исследователи сначала заставили амёбу производить пищевую добавку ресвератрол, также являющийся поликетидом. Затем они внедрили в геном амёбы растительный фермент, производящий предшественник THC — оливетоловую кислоту. Однако для обеспечения синтеза всё ещё было необходимо добавление химических предшественников.
Чтобы обойти это, исследователи воспользовались естественными свойствами амёбы и объединили растительный фермент с ферментом амёбы. «Амёба способна производить необходимый предшественник, гексановую единицу, непосредственно на месте», — поясняет Хилльманн. Таким образом, команде удалось создать функциональный межцарственный гибридный фермент, который производит оливетоловую кислоту без каких-либо дополнительных добавок.
«Нашим исследованием мы показали, что амёбу Dictyostelium можно использовать в качестве биотехнологической производственной платформы для природных продуктов на основе поликетидов», — говорит Раймер. Исследователи уже подали патент на этот процесс и стремятся постоянно его совершенствовать. «Наша следующая цель — вставить два недостающих фермента, чтобы иметь возможность производить конечный продукт THC в амёбах», — говорит Хилльманн.