Дрожжи производят недорогие, высококачественные каннабиноиды

Калифорнийский университет, Беркли, синтетические биологи разработали пивные дрожжи для производства основных ингредиентов марихуаны — ТГК, изменяющего сознание и непсихоактивного КБД, а также новых каннабиноидов, которых нет в самом растении.

Питаясь только сахаром, дрожжи являются простым и дешевым способом получения чистых каннабиноидов, которые сегодня являются дорогостоящими для получения из почек растения марихуаны, Cannabis sativa.

«Для потребителя преимущества — это высококачественные, недорогие КБД и ТГК: вы получаете именно то, что хотите от дрожжей», — сказал Джей Кизлинг, профессор химической и биомолекулярной инженерии в Калифорнийском университете в Беркли, а также преподаватель кафедры биоинженерии. Национальная лаборатория Лоуренса Беркли. «Это более безопасный и экологически чистый способ производства каннабиноидов».

Каннабис и его экстракты, в том числе высокоинтенсивный ТГК, или тетрагидроканнабинол, в настоящее время являются законными в 10 штатах и ​​в округе Колумбия, а марихуана для развлечений — копченая, выпаренная или употребляемая в пищу — является бизнесом на несколько миллиардов долларов по всей стране. Лекарства, содержащие ТГК, были одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами для уменьшения тошноты после химиотерапии и улучшения аппетита у больных СПИДом.

КБР, или каннабидиол, все чаще используется в косметике — так называемые космецевтики — и был одобрен в качестве средства для лечения эпилептических припадков у детей. Это исследуется как терапия для многих условий, включая беспокойство, болезнь Паркинсона и хроническую боль.

Но медицинские исследования более чем 100 других химических веществ в марихуане были трудными, потому что химические вещества встречаются в крошечных количествах, что затрудняет их извлечение из растения. Недорогие, более чистые источники, такие как дрожжи, могут облегчить такие исследования.

Кроме того, добавил он, «существует возможность новых методов лечения, основанных на новых каннабиноидах: редких, которые почти невозможно получить с растения, или неестественных, которые невозможно получить с растения».

Кеаслинг, председатель Фонда Philomathia по альтернативной энергетике в Беркли, и его коллеги опубликуют свои результаты в сети 27 февраля перед публикацией в журнале Nature.

Включение химических путей в дрожжи

Каннабиноиды присоединяются ко многим другим химическим веществам и лекарствам, производимым в настоящее время в дрожжах, включая гормон роста человека, инсулин, факторы свертывания крови и недавно, но еще не поступившие в продажу, морфин и другие опиаты.

Один из пионеров синтетической биологии, Keasling долго стремился использовать дрожжи и бактерии в качестве «зеленых» фармацевтических заводов, устраняя дорогостоящие синтетические или экстрактивные процессы, распространенные в химической промышленности, и часто токсичные или вредные для окружающей среды химические побочные продукты.

Выращивание каннабиса является ярким примером энергоемкой и экологически разрушительной отрасли. Фермы на северо-западе Калифорнии загрязнили водные потоки пестицидами и удобрениями и помогли осушить водоразделы, потому что растения марихуаны голодны. Незаконный рост привел к вырубке и эрозии.

Выращивание в помещении при освещении с помощью вентиляторов потребляет много энергии, что составляет растущий процент годового потребления энергии. Согласно одному исследованию, на долю каннабиса в Калифорнии приходится 3 процента потребления электроэнергии в штате. Выращивание в помещениях вызвало отключение электричества в некоторых городах, и потребление энергии может добавить более 1000 долларов к цене фунта сорняков.

Отсюда интерес Кислинга к поиску «зеленого» способа производства активных химических веществ в марихуане.

«Это была интересная научная задача», — признался он, — что было похоже на другие проблемы, которые он и его команда успешно преодолели на дрожжах: производство противомалярийного препарата артемизинина; превращение растительных отходов в биотопливо; синтезировать ароматизаторы и ароматизаторы для пищевой и косметической промышленности, а также химические полуфабрикаты для производства новых материалов. «Но когда вы читаете о случаях пациентов, у которых есть судороги и которым помогает КБР, особенно у детей, вы понимаете, что в этих молекулах есть некоторая ценность, и что выработка каннабиноидов в дрожжах действительно может быть велика».

С одобрения и надзора со стороны Агентства по борьбе с наркотиками США — каннабис все еще незаконен в соответствии с федеральным законом — постдок Беркли Сяочжоу Ло и приглашенный аспирант Майкл Райтер, который руководил проектом, начали собирать на дрожжах серию химических стадий для производства, первоначально , мать всех каннабиноидов, CBGA (каннабигероловая кислота). Как в марихуане, так и в дрожжах химические реакции включают кислотную форму соединений: CBGA и его производные, THCA и CBDA. Они легко превращаются в CBG, THC и CBD при воздействии света и тепла.

Превращение дрожжей в химические заводы включает в себя совместное использование их метаболизма, так что вместо превращения сахара, например, в спирт, дрожжи превращают сахар в другие химические вещества, которые затем модифицируются добавленными ферментами для производства нового продукта, такого как ТГК, который дрожжи превращают в дрожжи. секретировать в жидкость, окружающую их. В итоге исследователи вставили более десятка генов в

дрожжей многие из них являются копиями генов, используемых растением марихуаны для синтеза каннабиноидов.

Один шаг, однако, оказался препятствием для группы и конкурирующих групп Keasling: фермент, который выполняет ключевой химический шаг в создании CBGA на заводе марихуаны, не работал на дрожжах.

Вместо разработки другого синтетического пути, постдок из Беркли Лео д’Эспо и аспирант Джефф Вонг вернулись на само растение и выделили второй фермент, пренилтрансферазу, которая делает то же самое, и застряли в дрожжах.

«Это работало как бандиты», — сказал Кизлинг.

Получив дрожжевой CBGA, они добавили еще один фермент для превращения CBGA в THCA и другой фермент для создания пути к CBDA. По словам Кизлинга, хотя продукты, производимые дрожжами, в основном являются ТГК или КБР, каждый из них должен быть отделен от других химических веществ, присутствующих в крошечных количествах.

Они также добавили ферменты, которые заставили дрожжи продуцировать два других природных каннабиноида, CBDV (каннабидиварин) и THCV (тетрагидроканнабиварин), эффекты которых не совсем понятны.

Удивительно, но Сяочжоу и Майкл обнаружили, что ферментативные стадии, необходимые для приготовления CBGA в дрожжах, достаточно гибкие, чтобы принимать различные стартовые химические вещества — различные жирные кислоты вместо той, которая используется марихуаной, гексановой кислотой, — которая генерирует каннабиноиды, не существует на самом заводе. Они также заставили дрожжи включать химические вещества в каннабиноиды, которые впоследствии могли быть химически изменены в лаборатории, создавая еще один путь для производства каннабиноидов, которые ранее не видели, но потенциально полезны с медицинской точки зрения.

Впоследствии Кеаслинг основал в Эмеривилле, штат Калифорния, компанию Demetrix Inc., к которой позднее присоединились Эспо и Вонг, которые лицензировали технологию из Беркли для использования дрожжевого брожения для производства каннабиноидов.

«Экономика выглядит очень хорошо», — сказал Кизлинг. «Стоимость является конкурентоспособной или лучше, чем у каннабиноидов растительного происхождения. И производителям не нужно беспокоиться о загрязнении — например, ТГК в КБР — это сделает вас высокими».

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *