Дрожжи производят низкозатратные высококачественные каннабиноиды
Синтетические биологи из Калифорнийского университета в Беркли создали пивные дрожжи, которые производят основные компоненты марихуаны — изменяющий сознание THC и непсихоактивный CBD, а также новые каннабиноиды, не встречающиеся в самом растении.
Питаясь только сахаром, дрожжи представляют собой простой и дешёвый способ получения чистых каннабиноидов, которые сегодня дорого извлекать из соцветий растения Cannabis sativa.
«Для потребителя преимущества — это высококачественные, низкозатратные CBD и THC: вы получаете именно то, что хотите, из дрожжей», — сказал Джей Кислинг, профессор химической и биомолекулярной инженерии и биоинженерии в UC Berkeley. «Это более безопасный и экологичный способ производства каннабиноидов».
CBD используется всё чаще в косметике и одобрен для лечения детской эпилепсии. Исследуется его терапия при тревожности, болезни Паркинсона и хронической боли.
Но медицинские исследования более 100 других химических веществ в марихуане затруднены, так как они содержатся в ничтожных количествах. Недорогие, чистые источники — такие как дрожжи — могли бы облегчить такие исследования.
Кроме того, существует «возможность новых методов лечения на основе новых каннабиноидов: редких, которые почти невозможно получить из растения, или ненатуральных, которые невозможно получить из растения».
Кислинг и его коллеги сообщат о своих результатах онлайн 27 февраля перед публикацией в журнале Nature.
Встраивание химических путей в дрожжи
Каннабиноиды присоединяются ко многим другим химическим веществам и лекарствам, производимым сегодня в дрожжах, включая гормон роста человека, инсулин, факторы свёртывания крови и, недавно, морфин и другие опиаты.
Культивация каннабиса — яркий пример энергоёмкой и экологически разрушительной индустрии. Выращивание в помещениях с лампами и вентиляторами потребляет много энергии. Одно исследование показало, что на индустрию каннабиса в Калифорнии приходится 3% потребления электроэнергии штата.
С одобрения и под надзором Управления по борьбе с наркотиками США постдок Сяочжоу Ло и аспирант Майкл Рейтер начали собирать в дрожжах серию химических шагов для производства «матери всех каннабиноидов» — CBGA (каннабигероловой кислоты). В марихуане и дрожжах реакции идут через кислотные формы соединений: CBGA и её производные THCA и CBDA. Они легко превращаются в CBG, THC и CBD под действием света и тепла.
Превращение дрожжей в химические фабрики включает перенастройку их метаболизма так, чтобы они превращали сахар в нужные химические вещества, которые затем модифицируются добавленными ферментами. Исследователи вставили в дрожжи более десятка генов, многие из которых — копии генов, используемых растением марихуаны для синтеза каннабиноидов.
Один шаг оказался препятствием: фермент, осуществляющий ключевую химическую реакцию в растении, не работал в дрожжах.
Постдок Лео д’Эспо и аспирант Джефф Вонг вернулись к растению, выделили второй фермент, пренилтрансферазу, который делает то же самое, и вставили его в дрожжи. «Сработало блестяще», — сказал Кислинг.
Получив дрожжи, производящие CBGA, они добавили ещё один фермент для превращения CBGA в THCA и другой фермент для создания пути к CBDA. Хотя продукты, которые производят дрожжи, — в основном THC или CBD, каждый из них всё ещё нужно отделять от других химических веществ, присутствующих в малых количествах.
Они также добавили ферменты, заставляющие дрожжи производить два других природных каннабиноида, CBDV и THCV, эффекты которых плохо изучены.
Удивительно, но Сяочжоу и Майкл обнаружили, что ферментативные шаги в дрожжах достаточно гибки, чтобы принимать различные стартовые химические вещества — разные жирные кислоты вместо используемой растением гексановой кислоты. Это генерирует каннабиноиды, которых нет в самом растении.
Кислинг основал компанию Demetrix Inc. в Эмеривилле, Калифорния, которая лицензировала технологию у Беркли для использования дрожжевой ферментации в производстве каннабиноидов.
«Экономика выглядит очень хорошо, — сказал Кислинг. — Стоимость конкурентоспособна или лучше, чем у каннабиноидов, полученных из растения. И производителям не нужно беспокоиться о загрязнении — например, THC в CBD, — которое могло бы вызвать опьянение».