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.