Пекарские дрожжи научили синтезировать каннабиноиды

Американские генные инженеры собрали в пекарских дрожжах (Saccharomyces cerevisiae) путь синтеза растительных каннабиноидов, сообщается в Nature. Среди них дельта-9-тетрагидроканнабинол, основной психоактивный компонент марихуаны, и каннабидиол. Ученым удалось получить и синтетические каннабиноиды, которые не вырабатываются в растениях, и, возможно, могут найти применение в медицине.
Так как дельта-9-тетрагидроканнабинол (тетрагидроканнабинол или THC) обладает психоактивным действием, он запрещен в большинстве стран. Но в 10 штатах США и округе Колумбия, Канаде и некоторых странах Западной Европы это вещество используют для облегчения побочных эффектов при химиотерапии и повышении аппетита у больных СПИД. Каннабидиол (CBD), который тоже вырабатывается коноплей, не обладает психоактивными свойствами и недавние клинические исследования показали, что он эффективен в качестве вспомогательной терапии при эпилепсии и облегчает симптомы психоза. Кроме того, он облегчает побочные эффекты после употребления THC.
Однако растения вырабатывют эти и другие каннабиноиды в очень малых количествах, которые не всегда удобно получать из растительного экстракта. К тому же, культивация растений из рода Cannabis довольно затратна с энергетической и экологической точки зрения. Для нормального роста им нужен теплый, влажный климат и много солнечного света или искусственное освещение. Поэтому разработка дешевого метода получения каннабиноидов помогла бы медикам и биологам, исследующим их свойства, и облегчила бы жизнь экологам. Также с помощью биосинтеза можно попробовать получить искусственные каннабиноиды, которые могли бы найти применение в медицине.
Генные инженеры под руководством Джея Кислинга (Jay D. Keasling) из Калифорнийского университета в Беркли создали генномодифицированные пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae), способные вырабатывать THC, CBD и синтетические каннабиноиды. Растительные каннабиноиды вырабатываются из каннабигероловой кислоты. А она, в свою очередь получается из оливетоловой кислоты и геранилпирофосфата с помощью фермента геранилтрансферазы. Поэтому исследователи последовательно создавали клеточные линии для получения каннабигероловой кислоты из геранилпирофосфата, синтеза из нее предшественников каннабиноидов, тетрогидроканнабинолевой (ТНСА) и каннабидиолевой (CBDA) кислот, и из этих кислот выработки собственно каннабиноидов THC и CBD.
Фермент
геранилтрансфераза,
необходимый
для выработки ключевой каннабигероловой
кислоты, был известен
еще 20 лет назад, и позднее запатентован.
Но когда исследователи поместили ген
геранилтрансферазы конопли в дрожжи,
оказалось, что фермент не работает.
Поэтому исследователям пришлось изучить
транскриптомы трех видов каннабиса (C.sativa, C.indica,
and C.ruderalis) для поиска ферментов с похожей активностью,
и проверить активность двух ферментов,
с помощью которых получаются кислоты
в хмеле (Humulus
lupulus).
Один из аналогов геранилтрансферазы
конопли оказался активным в дрожжах,
и его использовали для создания дрожжей,
способных синтезировать каннабигероловую
кислоту. Затем к этой клеточной линии
добавили гены ферментов синтаз, с помощью
которых каннабигероловая кислота
превращается в ТНСА и CBDA, кислоты-предшественники каннабиноидов.
В результате авторам удалось получить 2,3 миллиграмма THCA и 4,2 микрограмма CBDA на литр ростовой среды.
Кроме того, авторы получили искусственные каннабиноиды с заданной структурой. Исследователей давно интересовали аналоги тетрагидроканнабинола с боковой углеродной цепью (С3), которые, вероятно, могут влиять на активность каннабиноидных рецепторов. Для получения искусственных канабиноидов авторы в качестве субстрата добавляли к дрожжам различные жирные кислоты.
После успешного получения каннабиноидов в дрожжах Джей Кислинг создал компанию, которая уже лицензировала эту технологию. «Стоимость [получения] конкурентоспособна или даже ниже, чем у каннабиноидов растительного происхождения. И производителям не нужно беспокоиться о примесях, например THC в CBD», — говорит Кислинг.
Ранее ученые создали генномодифицированные дрожжи, способные синтезировать из глюкозы два опиоида: предшественника морфина тебаина и анальгетика гидрокодона. Другая группа исследователей заставила дрожжи вырабатывать растительный алкалоид носкапин, который применяется, как препарат от кашля, но также обладает противораковым эффектом.
Екатерина Русакова