Внеся изменения в ДНК пивных дрожжей, исследователи научили их синтезировать психоактивные вещества
Если пытаться выбрать самый полезный для человека микроб, хорошим кандидатом будет Saccharomyces cerevisiae, более известный как пивные дрожжи - именно эта культура превращает виноградный сок в вино, измельченное зерно - в пиво, а тесто - в хлеб. В последние несколько десятилетий ученые взломали геном дрожжей, чтобы заставить их производить менее аппетитные, но, возможно, более важные вещества, включая гормоны вроде инсулина и лекарства вроде опиоидов. В настоящее время дрожжи вовсю синтезируют каннабиноиды, то есть активные вещества марихуаны.
Исследователи под руководством Джея Кислинга, профессора химио- и биоинженерии в Калифорнийском университете в Беркли, генетически модифицировали пивные дрожжи для производства двух наиболее распространенных каннабиноидов - тетрагидроканнабинола (ТГК) и каннабидиола (КБД). Они утверждают, что их метод позволяет также получить микроорганизмы, способные производить любые другие встречающиеся в природе каннабиноиды и даже совершенно новые формулы. Некоторые каннабиноиды могут использоваться для лечения различных расстройств, однако тут требуются дополнительные исследования, чтобы отделить хайп от реальности.
В новом исследовании, опубликованном в среду в журнале Nature, ученые вставили в геном дрожжей цепочки генов, которые контролируют метаболические механизмы конопли. В результате генно модифицированные микроорганизмы могут превращать сахар, называемый галактозой, в промежуточные химические вещества и использовать их для синтеза каннабигероловой кислоты (CBGa) - так называемого материнского каннабиноида. Отдельный штамм дрожжей превращает CBGa в тот или иной каннабиноид.
“Дрожжи, производящие ТГК, отличаются от дрожжей, которые вырабатывают КБД, но они отличаются только одним геном - и это последний ген в метаболическом пути, который превращает CBGa в КБД или ТГК, - говорит Кислинг. - Прелесть этой технологии в том, что вы можете точно так же производить и редкие каннабиноиды”.
Марихуана содержит более 100 различных каннабиноидов, но большинство из них имеют гораздо более низкие концентрации, чем КБД и ТГК. Поскольку растения дают очень небольшое количество редких веществ, их производство обходится дорого. Даже когда исследователи успешно извлекают их, соединения часто бывают загрязнены присутствием своих более распространенных родственников. Дрожжи могут производить более чистые версии этих каннабиноидов, доводя цену редких соединений до того же уровня, что и ТГК или КБД.
“Это платформа для производства всех веществ конопли, которые известны в настоящее время, а также всех ненатуральных каннабиноидов, которые вы никогда не найдете ни в одном организме”, - говорит Кислинг.
Что же делает каннабиноиды “ненатуральными”? Обычно конопля включает в свои каннабиноиды химическое вещество, называемое гексановой кислотой (которую люди используют в качестве дешевой пищевой добавки). Когда команда Кислинга добавила различные химические вещества в сладкую диету своих ГМО-дрожжей, те использовали эти вещества вместо гексановой кислоты, что привело к появлению новых, никогда ранее не встречавшихся соединений.
Каннабиноиды получены. Что дальше?
“Среди этих редких или ненатуральных каннабиноидов может оказаться и парочка суперлекарств”, - говорит Кислинг. Однако раскрытие их потенциальных медицинских свойств потребует гораздо больше исследований.
Чтобы выявить истинный потенциал каннабиноидов, исследователи должны проверить, как они влияют на человека. Это - проблема, которую новый метод биосинтеза решить не поможет. “Неважно, добыт ли КБД или какие-то другие каннабиноиды из конопли, или они произведены искусственно или дрожжами. Если конечный продукт относится к запрещенным веществам, доступ к нему не становится легче”, - говорит Ясмин Херд, директор Института наркомании в Медицинской школе Икан в Маунт Синай в Нью-Йорке, которая не участвовала в новом исследовании. Управление по борьбе с наркотиками (DEA) классифицирует вещества конопли вроде КБД как наркотики Списка I - эта категория включает, например, героин.
Кислинг согласен с тем, что, несмотря на более либеральные законы отдельных штатов, федеральные ограничения на исследования каннабиса тормозят прогресс - “и нет способа обойти это, пока не изменится закон”, - говорит он.
Новая перспективная отрасль
Как бы ни сложилась ситуация с исследованиями, производство каннабиноидов с помощью дрожжей, несомненно, окажет серьезное экономическое воздействие. По оценкам Кислинга, его метод позволит производить каннабиноиды по себестоимости, равной или ниже той, которая заложена в выращивание марихуаны. Он основал компанию Demetrix, чтобы лицензировать свою новую технологию и развивать коммерческое производство каннабиноидов. И у компании много конкурентов. В прошлом году биостартапы Librede и Gingko Bioworks заявили один - патент на производство КБД из дрожжей, другой - многомиллионное партнерство с каннабис-компанией Cronos Group. По оценкам генерального директора Demetrix Джеффа Уберсакса, около 15-20 других компаний борются за превращение дрожжевых клеток в маленькие фабрики каннабиноидов.
И все же Кислинг утверждает, что его команда первой разработала процесс, не использующий ничего кроме сахара - его дрожжи могут производить каннабиноиды только из галактозы, не требуя дополнительных, более дорогих ингредиентов. Кроме того, Уберсакс говорит, что новые дрожжи производят каннабиноиды со скоростью на несколько порядков выше, чем у конкурентов. “В предыдущих проектах были выявлены основные детали процесса, но производство шло на очень низком уровне, - говорит он, сравнивая мощность с автомобильным двигателем. Кислинг, по его словам, “определил новый сегмент ДНК, который больше напоминает двигатель реактивного самолета”.
Комментарии (0)