Человечество, как общность, очень много потеряло бы, не создай природа дрожжевые грибки. Пекарские дрожжи дают нам пышный хлеб на протяжении тысячелетий. И даже не хочется представлять себе мир без пива и вина, в котором дрожжи превращают сахар в алкоголь.
Но теперь исследователи обратились к дрожжам, чтобы сделать нечто невероятное: заставить их производить каннабиноиды – ТГК и КБД. Включая в ДНК дрожжевых грибков гены каннабиса, они превратили их в фабрики активных компонентов конопли. В более широком смысле, по этой методике можно получать и многие другие составляющие каннабиса, чтобы лучше понять реальный потенциал каждого из них в отдельности, и растения в целом.
Технология получения каннабиноидов при помощи генно-модифицированных дрожжей
Процесс идет так: два разных типа дрожжей производят либо ТГК, либо КБД, в зависимости от того, какой фрагмент ДНК в них внедрен. Важно отметить, что оба несут гены каннабиса, которые производят CBGA (каннабигероловую кислоту). "CBGA – это такой вид базового каннабиноида, который является первичным, т.е. полуфабрикатом для синтеза других каннабиноидов", – говорит инженер-химик из Калифорнийского университета в Беркли Джей Кисслинг, соавтор статьи в Nature, подробно описывающей технику процесса.
Чтобы в конечном итоге получить ТГК, эти грибки сначала производят CBGA, который затем превращается в THCA (ТГКК – тетрагидрокннабиноловую кислоту) благодаря особому ферменту дрожжей. У дрожжей "настроенных" на производство КБД, их специфический фермент превращает материнский каннабиноид CBGA в CBDA (КБДК – каннабидиоловую кислоту). Теперь у нас есть THCA и CBDA, которые с применением тепла превращаются в ТГК и КБД.
Конечный продукт не отличается от того, который вырабатывается растением каннабиса. Но если вы будете есть свежую коноплю, вы вряд ли получите желаемый эффект, так как THCA не обладает психоактивным действием. THCA превращается в активный ТГК под воздействием высокой температуры – например, при курении, использовании вапорайзера или при приготовлении выпечки. Хотя некоторый процент THCA превращается в ТГК с течением времени, при сушке и пролечке, это очень небольшие количества. Съедобные продукты, такие как конфеты или напитки, работают, потому что производители преобразуют THCA в ТГК с помощью процесса декарбоксилирования.
Главные преимущества производства каннабиноидов с помощью биотехнологий
Причина, по которой исследователи и компании интересуются альтернативными способами получения каннабиноидов, заключается в том, что работа с оригинальным растением является трудоемкой и затратной. Выращивание конопли требует много времени, воды и электроэнергии (если культивация проходит в закрытом помещении). Извлечение некоторых каннабиноидов из соцветий также требует определенных усилий. Например, при попытке получить химически чистый КБД, есть вероятность, что экстракт будет загрязнен ТГК. Это вызывает особую озабоченность, когда КБД предназначается для использования в качестве лекарственного средства – было показано, например, что он чрезвычайно эффективен при лечении эпилепсии.
Наличие биореактора с дрожжами, производящего чистый, непсихоактивный КБД, обещает значительно упростить производство лекарственных препаратов. "Возможность производить каннабидиол таким образом, чтобы он не нес даже следов ТГК – очень ценно для медиков", – говорит Кисслинг. Тем более, что врачу сулит большие неприятности, если он случайно загрузит пациента психоактивным веществом без его согласия.
Производящие каннабиноиды дрожжи также могут облегчить изучение свойств каннабиса. Конопля – сложное растение, содержащее более сотни каннабиноидов и массу других биологически активных веществ (например, терпенов). Некоторые из этих соединений более распространены – современные сорта каннабиса содержат большой процент ТГК, потому что работа селекционеров долгое время была направлена на создание все более "убойных" сортов. Но такой каннабиноид, как тетрагидроканнабиварин, или THCV, обнаруживается в гораздо меньших количествах. "Теперь мы будем иметь возможность получать эти вещества простым и относительно недорогим способом, благодаря чему сможем лучше изучить их свойства", – говорит Джей Кисслинг.
Перспективы генной инженерии в производстве медицинских ТГК и КБД
Генно-модифицированные дрожжи использовались и ранее для решения проблемы дефицита медикаментозных соединений. В 1960-х годах исследователи обнаружили, что таксаны из коры тихоокеанского тиса могут успешно бороться с раком. Все было бы замечательно, но для производства лекарств требовалось такое количество коры, что защитники природы всерьез обеспокоились угрозой полного исчезновения тихоокеанского тиса. Но, как и в случае с каннабиноидами, исследователи разработали грибки, которые помогли получить достаточное количество таксанов, без уничтожения редких и ценных деревьев.
В случае каннабиноидов, ключевым преимуществом является масштаб. Для промышленного применения, фармацевты могут получать большие количества КБД в биореакторах, вместо того, чтобы высаживать гектары каннабиса в теплицах. Это не означает, что потребители марихуаны не оценят коноплю, выращенную по традиционной технологии в голландской теплице или на калифорнийском побережье, но у фармацевтов другие задачи и другие требования. Для производства лабораторных препаратов и лекарств из марихуаны им нужен продукт с максимально возможными концентрациями каннабиноидов. В этом смысле, ТГК и КБД, полученные с помощью биотехнологий, наилучшим образом соответствуют их требованиям.
Практическое применение биологически синтезированных препаратов
"Пока не ясно, можно ли добиваться высоких концентраций ТГК непосредственно в биореакторе, или он становится токсичным для организмов, которые мы фактически используем для его производства, и, следовательно, у нас есть предел", – поясняет Джефф Рабер, генеральный директор Werc Shop, лаборатории, которая производит очищенные компоненты конопли. Но независимо от производственных барьеров, биоинженерия дает исследователям мощную платформу для изучения не только того, для чего может быть полезен каждый каннабиноид – будь то лечение эпилепсии, тревоги или воспаления – но и того, как многие каннабиноиды взаимодействуют друг с другом. Это известно, как эффект окружения: например, КБД ослабляет психоактивное действие ТГК.
Избирательно производя каннабиноиды в лаборатории, исследователям будет легче наблюдать за ними изолированно, и во взаимодействии друг с другом, без необходимости пробираться через сотни других соединений, присутствующих в соцветиях конопли. "По большому счету, молекула – это всего лишь молекула", – говорит Рабер. Действительно, каннабиноиды из дрожжей – это те же самые каннабиноиды, что синтезирует растение. Биотехнологическое производство придает гибкость процессу и позволяет значительно его ускорить. К тому же, регулирующим органам значительно проще контролировать качество продукта в лаборатории, нежели собирать анализы со множества полей и теплиц, разбросанных на большой территории.
Ближайшие планы биотехнологов
Ученые не намерены останавливается на каннабиноидах. Джефф Рабер и другие исследователи, по сути, занимаются реконструкцией химического профиля каннабиса. Терпены марихуаны, летучие ароматические углеводороды, придают разным сортам их характерный запах. Но они также присутствуют и во многих других растениях: лимонена, например, совсем немного в каннабисе, но в цитрусовых он присутствует в больших количествах. Идея состоит в том, чтобы вместо выцеживания небольшого количества лимонена из конопли, легко получить его из лимонов или лаймов.
Конечная цель состоит в том, чтобы иметь возможность адаптировать продукты каннабиса, такие как настойки, тинктуры или капсулы, к нуждам конечного потребителя. Это позволило бы установить индивидуальное соотношение КБД к ТГК и, в конечном итоге, к другим каннабиноидам и терпенам, которые дополняют или модифицируют действие основных активных веществ. Например, терпен линалоол может оказывать анти-тревожное действие.
Надеемся, что в ближайшем будущем мы еще больше расширим свой взгляд на дрожжи. Этот чудодейственный грибок будет ассоциироваться не только с хлебом и алкоголем, но и с биоинженерными каннабиноидами – помощниками ученых, фармацевтов и врачей.
*Вся представленная информация носит исключительно ознакомительный характер и не является руководством или призывом к действию.
**Напоминаем, что использование семян марихуаны в качестве посевного материала (выращивание конопли с целью получения растения) запрещено УК Российской Федерации. Подробнее с законом Вы можете ознакомиться здесь.