In een laboratorium in Berkeley kreeg een microbe die vooral bekendstaat om bier en brood een heel ander dieet. Saccharomyces cerevisiae, biergist, werd gevoed met suiker en zo aangepast dat hij stoffen ging maken die met cannabis worden geassocieerd, in plaats van alcohol of gerezen deeg.[2]

Wetenschappers pasten biergist aan met genen uit de cannabisplant en andere genetische veranderingen, zodat de gist uit suiker cannabinoïden kon produceren, waaronder THC en CBD. Het langetermijndoel is cannabinoïden maken via fermentatie: goedkoper, zuiverder en minder afhankelijk van de teelt van cannabisplanten.

Het onderzoek, dat in februari 2019 in Nature werd gepubliceerd, veranderde een vertrouwd brouworganisme in een kleine chemische fabriek.[1] Onderzoekers onder leiding van Jay Keasling van de University of California, Berkeley, pasten de gist zo aan dat die galactose, een suiker, kon omzetten in cannabinoïde verbindingen die voorkomen in Cannabis sativa.[1]

Keasling, hoogleraar chemische en biomoleculaire technologie en bio-engineering, vatte de aantrekkingskracht kernachtig samen: “uit gist krijg je precies wat je wilt.”[2] Cannabisplanten kunnen wisselende bronnen zijn, en het extraheren van zeldzame stoffen uit die planten kan duur zijn, omdat veel cannabinoïden slechts in sporenhoeveelheden voorkomen.[3]

Een biergist met een cannabisroute

Het Berkeley-team zette niet simpelweg één genetische schakelaar om. Volgens de berichtgeving van Nature pasten de onderzoekers meerdere genen aan die al in S. cerevisiae voorkomen, en voegden ze andere toe uit vijf soorten bacteriën en uit de cannabisplant.[4] In totaal had de gist 16 genetische aanpassingen nodig om galactose om te zetten in inactieve vormen van THC of CBD, die door verhitting in actieve vormen kunnen worden veranderd.[4]

In de gemanipuleerde cellen doorloopt de suiker een opnieuw opgebouwde versie van een plantaardige route. De gist maakt tussenstoffen en produceert daarna cannabigerolzuur, of CBGa, vaak de “moedercannabinoïde” genoemd omdat die kan uitgroeien tot verschillende andere cannabisverbindingen.[3]

In de laatste stap konden de onderzoekers sturen welk eindproduct ontstond. Keasling vertelde Scientific American dat de giststam die THC produceert en de stam die CBD produceert slechts in één gen verschillen: het laatste gen in de route dat CBGa omzet in de ene of de andere molecule.[3] Vervang dat gen, en dezelfde aanpak zou kunnen worden gebruikt om zeldzamere cannabinoïden te maken.[3]

Juist die zeldzamere stoffen waren een belangrijke reden waarom de gist ertoe deed. Marihuana bevat meer dan 100 cannabinoïden, maar de meeste komen in veel lagere concentraties voor dan THC en CBD.[3] Wanneer wetenschappers ze uit planten proberen te isoleren, kunnen de producten duur zijn en sporen bevatten van bekendere cannabinoïde verwanten.[3] Fermentatie bood de mogelijkheid van schonere, meer gestandaardiseerde partijen.

Het schaalprobleem

De eerste opbrengsten waren nog uiterst klein. Volgens het door Innoscience samengevatte Nature-rapport produceerde de aangepaste gist ongeveer 8 milligram THC per liter en lagere hoeveelheden CBD.[4] Jason Poulos, topman van Librede, zei dat de opbrengst minstens 100 keer hoger zou moeten worden voordat cannabinoïden uit gist qua kosten konden concurreren met versies die uit planten worden gewonnen.[4]

Andere onderzoekers zagen het resultaat als een belangrijk bewijs dat de constructie werkte. Kevin Chen, topman van Hyasynth Bio in Montreal, zei dat de studie belangrijk was omdat daarin de volledige productielijn voor cannabinoïden in één cel was samengebracht.[4] David Kideckel, cannabisanalist bij AltaCorp Capital in Toronto, voorspelde destijds dat synthetische cannabinoïden nog 18 tot 24 maanden verwijderd waren van een kostenniveau dat aantrekkelijk genoeg zou zijn voor farmaceutische bedrijven of het grote publiek.[4]

De methode paste ook in een bredere trend binnen de synthetische biologie. Gemanipuleerde gist en verwante microbiële systemen waren al gebruikt om commerciële malariamiddelen en laboratoriumopiaten te maken.[4] In dit geval kreeg het oude brouworganisme de opdracht om een cannabisroute uit te voeren.

Het beoogde eindpunt is geen veld vol bloeiende planten en ook geen bak met kleverige toppen. Het is een fermentatietank: suiker erin, gist die cel voor cel aan het werk is, en een cannabinoïde die zich ophoopt op de plek waar je ooit misschien bier had verwacht.

Bronnen

  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”