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Gentechnisch veränderte Hefe produziert Cannabinoide

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Produzieren Sie Cannabinoid-Komponenten, ohne Cannabis anzubauen?

Forscher der University of California haben Cannabinoidkomponenten im Labor erfolgreich aus Hefe hergestellt. Die Produktion von Cannabinoiden ohne Anbau von Marihuana könnte für Pharmaunternehmen von Interesse sein, die diese Produkte in der Zukunft in ihre Produkte aufnehmen möchten.

Durch das Hacken der Biologie von Hefe haben Wissenschaftler einen Weg gefunden, die aktiven Bestandteile der Cannabispflanze herzustellen. Manipulierte Mikroorganismen produzieren seltene und weniger gut verständliche THC-, CBD- und Cannabis-Cousins.

Saccharomyces cerevisiae

Wenn Sie eine Lieblingsmikrobe wählen mussten, wird die Saccharomyces cerevisiaewäre ein guter Kandidat, besser bekannt als Bierhefe, die Traubensaft in Wein, Müsli-Püree in Bier und Teig in Brot verwandelt. In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler habe das Genom der Hefe manipuliert Hormone wie Insulin und Medikamente wie Opioide zu produzieren. Heute produziert er Cannabinoide.

Forscher um Jay Keasling, Professor für Chemieingenieurwesen und Biotechnologie an der University of California in Berkeley, manipulierten gentechnisch veränderte Bierhefen, um zwei der häufigsten Cannabinoide, Tetrahydrocannabinol (THC) und Cannabidiol, herzustellen (CBD). Sie behaupten, dass ihre Methode auch könnte
Mikroorganismen erzeugen, die in der Lage sind, andere natürlich vorkommende Cannabinoide sowie neue Sorten zu produzieren. Einige Cannabinoide können zur Behandlung verschiedener Erkrankungen eingesetzt werden, aber es bedarf weiterer Forschung, um den Hype von der medizinischen Realität zu unterscheiden.

Diese Technik ist nicht neu: Die gentechnisch veränderte Hefe wurde bereits verwendet, um Hopfen herzustellen, der den Geschmack von Bier, synthetischem Eiweiß und sogar Chemikalien zum Aroma von Schokolade verleiht.

Erfahrung

In der neuen Studie wurde am Mittwoch in veröffentlicht NaturWissenschaftler haben in die Hefe bekannte genetische Sequenzen übertragen, die die Stoffwechselwege von Hanfpflanzen steuern. Die resultierenden Mikroorganismen können einen Zucker namens Galactose in chemische Zwischenprodukte umwandeln und diese Chemikalien zur Synthese von Cannabigerolsäure (CBGa) verwenden, dem Mutter-Cannabinoid, das in mehrere andere Verbindungen umgewandelt werden kann. Schließlich verwandelt jeder Hefestamm CBGa in ein anderes Cannabinoid.

"Die Hefe, die THC produziert, unterscheidet sich von der Hefe, die CBD produziert, unterscheidet sich jedoch nur in einem Gen - und dieses letzte Gen macht CBGa in CBD oder THC", sagt Keasling. "Das Schöne an dieser Technologie ist, dass man sie gegen ein seltenes Cannabinoid eintauschen kann."

Die Forscher verwendeten eine Technik namens "synthetische Biologie", um ein Enzym namens CsPT4 zu identifizieren. Mit diesem Enzym und basierend auf der DNA-Analyse der Cannabispflanze werden sie die Komponenten von Cannabis produzieren.

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In diesem Fall gab das Team ihrer Hefe ein aus Cannabis abgeleitetes Gen, das Anweisungen zur Herstellung von Olivetolsäure, einer Vorläuferverbindung von THC oder CBD, enthält. Sie gaben ihnen auch Cannabis-Gene, aus denen Enzyme entstehen könnten, die aus Ölsäure THC und CBD machen könnten. So hatte die Hefe nicht nur eine auf Galactose basierende Diät, sondern auch alles, um die Anforderungen des Teams zu erfüllen.

"Zusammengefasst", schreibt das Team, "bilden diese Ergebnisse die Grundlage für die Produktion natürlicher und synthetischer Cannabinoide in großem Maßstab, was die pharmakologische Forschung an diesen Verbindungen verbessern könnte."

Cannabis enthält mehr als 100 Cannabinoide unterschiedlich, aber die meisten von ihnen haben viel niedrigere Konzentrationen als CBD und THC, einige sind sogar unbekannt. Da Pflanzen sehr geringe Mengen seltener Substanzen produzieren, sind sie in der Herstellung teurer. Selbst wenn Forscher sie extrahieren können, sind die Verbindungen oft mit Spuren ihrer häufigsten Verwandten kontaminiert. Hefe könnte reinere Versionen dieser Cannabinoide produzieren, was den Preis seltener Sorten auf das gleiche Niveau bringen würde wie die beliebtesten. "Es ist eine Plattform, um alle Cannabinoide herzustellen, von denen man annimmt, dass sie derzeit in Cannabis existieren, sowie alle, die unnatürlich sind und in keinem Organismus vorkommen", sagt Keasling. Was macht einige davon "unnatürlich"? Normalerweise enthalten Hanfpflanzen in Cannabinoiden eine Chemikalie namens Hexansäure (die Menschen als billigen Zusatzstoff verwenden). Als das Keasling-Team der süßen Ernährung der Hefe verschiedene Chemikalien hinzufügte, bauten die gentechnisch veränderten Mikroben diese Substanzen anstelle von Hexansäure ein, was zu neuen Verbindungen führte, die noch nie zuvor gesehen wurden.

CANNABINOIDS IN DIE VERANSTALTUNG

Um potenzielle medizinische Anwendungen zu entdecken, ist viel mehr Forschung erforderlich - und die Wissenschaftler untersuchen bereits die Wirkung der berühmtesten Cannabinoide.

Um die wirklichen Anwendungen von Verbindungen zu finden, müssen Forscher prüfen, wie Cannabinoide den Menschen beeinflussen. Es ist ein Problem, das diese neue Methode der Biosynthese möglicherweise nicht löst. "Es spielt keine Rolle, ob die CBD oder die Cannabinoide aus einer Pflanze stammen oder ob sie synthetisch hergestellt werden oder ob sie aus Hefe stammen. Wenn das Endprodukt immer noch eine verbotene Substanz ist, erhöht es nicht die Zugänglichkeit ", sagt Yasmin Hurd, Direktor des Institute of Addiction der Icahn School of Medicine in Mount Sinai, New York, was dies nicht tut nahm an dieser neuen Studie teil.

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Herr Keasling stimmt zu, dass trotz der Erleichterung der staatlichen Gesetze die Beschränkung der Cannabis-Tests durch Bundesbehörden die Forschung schwierig macht - "und dieses Problem wird erst überwunden, wenn das Gesetz verabschiedet wird. modifiziert ", sagt er. "Aber diese Methode kann einige dieser sehr seltenen Cannabinoide liefern, die Sie niemals aus Cannabis extrahieren könnten, weil sie in so geringen Mengen produziert werden. Und wer weiß, einer von ihnen könnte besser sein als CBD oder THC. "

WACHSENDE INDUSTRIE

Unabhängig davon, ob sie zur Forschung beitragen oder nicht, Hefekanabinoide werden sicherlich einen kommerziellen Einfluss haben. Keasling schätzt, dass seine Methode Cannabinoide zu einem Preis produzieren kann, der dem der landwirtschaftlichen Marihuana-Produktion entspricht oder darunter liegt. Er gründete Demetrix, um seine neue Berkeley-Technologie zu lizenzieren und die kommerzielle Produktion von Cannabinoiden zu entwickeln. Und er hat viel Konkurrenz. Im vergangenen Jahr gaben die Biotech-Start-ups Librede und Gingko Bioworks ein Patent für die Herstellung von CBD aus Hefe bekannt und eine Partnerschaft in Höhe von mehreren Millionen Dollar mit dem Cannabis-Unternehmen Cronos Group. Jeff Ubersax, CEO von Demetrix, glaubt, dass 15 bei anderen Unternehmen von 20 darum konkurriert, Hefezellen in kleine Cannabinoid-Pflanzen zu verwandeln.

Der Zweck von diese Studie zu finden war, wie man Cannabinoide "unabhängig von der Cannabiskultur" herstellen kann; Mit anderen Worten: Nutzen Sie die Vorteile, ohne die Anlage zu benötigen. Dies hat einen großen Vorteil: Die derzeit für verschreibungspflichtige Medikamente wie Epidiolex verwendeten Cannabinoide werden direkt aus der Pflanze gewonnen, wo sie nicht wirklich in sehr hohen Konzentrationen vorliegen. Wenn dieselbe Verbindung künstlich hergestellt werden kann, ist es viel einfacher, sie zu verschreibungspflichtigen Medikamenten zu vergrößern.

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