In un laboratorio di Berkeley, un microbo noto soprattutto per birra e pane è stato messo a seguire una dieta molto diversa. Saccharomyces cerevisiae, il lievito di birra, è stato nutrito con zucchero e modificato per produrre sostanze chimiche associate alla cannabis, invece di alcol o impasti lievitati.[2]

Gli scienziati hanno ingegnerizzato il lievito di birra inserendo geni della pianta di cannabis e altre modifiche genetiche, così da permettergli di produrre cannabinoidi, tra cui THC e CBD, a partire dallo zucchero. L’obiettivo a lungo termine è una produzione di cannabinoidi basata sulla fermentazione: più economica, più pura e meno dipendente dalla coltivazione delle piante di cannabis.

Il lavoro, pubblicato su Nature nel febbraio 2019, ha trasformato un organismo familiare nel mondo della fermentazione in una piccola fabbrica chimica.[1] I ricercatori guidati da Jay Keasling, dell’Università della California, Berkeley, hanno modificato il lievito affinché potesse convertire il galattosio, uno zucchero, in composti cannabinoidi presenti nella Cannabis sativa.[1]

Keasling, professore di ingegneria chimica e biomolecolare e di bioingegneria, ha spiegato il vantaggio in modo diretto: “dal lievito ottieni esattamente ciò che vuoi.”[2] Le piante di cannabis possono essere fonti variabili, e l’estrazione dei composti rari può essere costosa perché molti cannabinoidi sono presenti solo in tracce.[3]

Un lievito da birra con una via metabolica della cannabis

Il team di Berkeley non si è limitato ad attivare un singolo interruttore genetico. Secondo quanto riportato da Nature, i ricercatori hanno modificato diversi geni già presenti in S. cerevisiae e ne hanno introdotti altri provenienti da cinque tipi di batteri e dalla pianta di cannabis.[4] In totale, il lievito ha richiesto 16 modifiche genetiche per trasformare il galattosio in forme inattive di THC o CBD, che possono poi essere convertite nelle forme attive tramite riscaldamento.[4]

All’interno delle cellule ingegnerizzate, lo zucchero attraversa una versione ricostruita di una via metabolica vegetale. Il lievito produce sostanze intermedie e poi acido cannabigerolico, o CBGa, spesso chiamato il “cannabinoide madre” perché può dare origine a diversi altri composti della cannabis.[3]

Nell’ultimo passaggio, i ricercatori potevano indirizzare il prodotto finale. Keasling ha spiegato a Scientific American che il ceppo di lievito che produce THC e quello che produce CBD differiscono per un solo gene: l’ultimo gene della via metabolica, quello che trasforma il CBGa nell’una o nell’altra molecola.[3] Sostituendo quel gene, lo stesso approccio potrebbe essere usato per inseguire cannabinoidi più rari.[3]

Proprio quei composti più rari sono uno dei motivi principali per cui il lievito era così interessante. La marijuana contiene più di 100 cannabinoidi, ma la maggior parte è presente in concentrazioni molto più basse rispetto a THC e CBD.[3] Quando gli scienziati cercano di isolarli dalle piante, i prodotti possono risultare costosi e contenere tracce di cannabinoidi più comuni, loro “parenti” chimici.[3] La fermentazione offriva la possibilità di ottenere lotti più puliti e standardizzati.

Il problema della scala

Le prime rese erano ancora minuscole. Secondo il rapporto di Nature riassunto da Innoscience, il lievito ingegnerizzato produceva circa 8 milligrammi per litro di THC e livelli inferiori di CBD.[4] Jason Poulos, amministratore delegato di Librede, ha affermato che le rese avrebbero dovuto aumentare di almeno 100 volte prima che i cannabinoidi prodotti dal lievito potessero competere, in termini di costi, con quelli estratti dalle piante.[4]

Altri ricercatori hanno visto il risultato come un’importante dimostrazione di fattibilità. Kevin Chen, amministratore delegato di Hyasynth Bio a Montréal, ha detto che lo studio era significativo perché riuniva l’intera linea di produzione dei cannabinoidi all’interno di una singola cellula.[4] David Kideckel, analista del settore cannabis presso AltaCorp Capital a Toronto, prevedeva all’epoca che i cannabinoidi sintetici fossero ancora a 18-24 mesi dal diventare abbastanza convenienti per le aziende farmaceutiche o per il grande pubblico.[4]

Il metodo si inseriva anche in una tendenza più ampia della biologia sintetica. Lieviti ingegnerizzati e sistemi microbici simili erano già stati usati per produrre farmaci antimalarici commerciali e oppiacei da laboratorio.[4] In questo caso, al vecchio organismo della birrificazione veniva chiesto di ospitare, invece, una via metabolica della cannabis.

Il punto di arrivo immaginato non è un campo di piante in fiore né un vassoio di cime resinose. È una vasca di fermentazione: zucchero che entra, lievito che lavora cellula dopo cellula, e un cannabinoide che si accumula là dove un tempo ci si sarebbe aspettati della birra.

Fonti

  1. Nature, “Scientists brew cannabis using hacked beer yeast”
  2. UC Berkeley College of Chemistry, “Yeast produce low-cost, high-quality cannabinoids”
  3. Scientific American, “Rising High: GM Yeast Generates Known and Novel Marijuana Compounds”
  4. Innoscience Research Institute, “Scientists brew cannabis using hacked beer yeast”