В лаборатории в Беркли микроб, больше известный по пиву и хлебу, посадили на совсем необычную «диету». Saccharomyces cerevisiae, пивные дрожжи, кормили сахаром и генетически перенастроили так, чтобы они производили не алкоголь и не пышное тесто, а вещества, связанные с каннабисом.[2]

Учёные модифицировали пивные дрожжи, добавив им гены растения каннабиса и другие генетические изменения, чтобы те могли производить из сахара каннабиноиды, включая THC и CBD. Долгосрочная цель — получать каннабиноиды методом ферментации: дешевле, чище и с меньшей зависимостью от выращивания растений каннабиса.

Работа, опубликованная в Nature в феврале 2019 года, превратила привычный пивоваренный организм в миниатюрную химическую фабрику.[1] Исследователи под руководством Джея Кислинга из Калифорнийского университета в Беркли изменили дрожжи так, чтобы они могли превращать галактозу — один из сахаров — в каннабиноидные соединения, встречающиеся в Cannabis sativa.[1]

Кислинг, профессор химической и биомолекулярной инженерии, а также биоинженерии, сформулировал преимущество прямо: «из дрожжей вы получаете именно то, что хотите».[2] Растения каннабиса могут давать непостоянный состав, а извлечение редких соединений из них обходится дорого, потому что многие каннабиноиды присутствуют лишь в следовых количествах.[3]

Пивные дрожжи с каннабисным путём

Команда из Беркли не просто переключила один генетический «рубильник». Согласно материалу Nature, исследователи изменили несколько генов, уже имеющихся у S. cerevisiae, и добавили другие — из пяти видов бактерий и из растения каннабиса.[4] В общей сложности дрожжам потребовалось 16 генетических модификаций, чтобы превращать галактозу в неактивные формы THC или CBD, которые затем можно перевести в активную форму нагреванием.[4]

Внутри сконструированных клеток сахар проходит через перестроенную версию растительного биохимического пути. Дрожжи создают промежуточные вещества, а затем производят каннабигероловую кислоту, или CBGa, которую часто называют «материнским каннабиноидом», потому что из неё могут образовываться несколько других соединений каннабиса.[3]

На последнем этапе исследователи могли направлять процесс к нужному продукту. Кислинг рассказал Scientific American, что штамм дрожжей, производящий THC, и штамм, производящий CBD, отличаются всего одним геном — последним геном в цепочке, который превращает CBGa в одну или другую молекулу.[3] Замените этот ген — и тот же подход можно использовать для получения более редких каннабиноидов.[3]

Именно эти редкие соединения были одной из главных причин, почему дрожжи вызвали такой интерес. В марихуане содержится более 100 каннабиноидов, но большинство из них встречается в гораздо меньших концентрациях, чем THC и CBD.[3] Когда учёные пытаются выделить их из растений, итоговые продукты могут быть дорогими и содержать следы более распространённых «родственников»-каннабиноидов.[3] Ферментация обещала более чистые и стандартизированные партии.

Проблема масштаба

Первые выходы продукта всё ещё были крошечными. По данным отчёта Nature, пересказанного Innoscience, модифицированные дрожжи производили примерно 8 миллиграммов THC на литр и ещё более низие уровни CBD.[4] Джейсон Поулос, генеральный директор Librede, отметил, что выход нужно увеличить как минимум в 100 раз, прежде чем каннабиноиды, полученные с помощью дрожжей, смогут конкурировать по цене с веществами, извлечёнными из растений.[4]

Другие исследователи увидели в результате важное доказательство того, что систему вообще можно собрать. Кевин Чен, генеральный директор Hyasynth Bio в Монреале, сказал, что исследование значимо, поскольку поместило полную производственную линию каннабиноидов внутрь одной клетки.[4] Дэвид Кидекел, аналитик рынка каннабиса в AltaCorp Capital в Торонто, тогда прогнозировал, что синтетическим каннабиноидам потребуется ещё 18–24 месяца, чтобы стать достаточно рентабельными для фармацевтических компаний или широкой публики.[4]

Этот метод также вписывался в более широкую тенденцию синтетической биологии. Инженерные дрожжи и родственные микробные системы уже использовали для производства коммерческих противомалярийных препаратов и лабораторных опиатов.[4] В данном случае старому пивоваренному организму поручили нести на себе каннабисный биохимический путь.

Воображаемая конечная точка здесь — не поле цветущих растений и не лоток липких шишек. Это ферментационный резервуар: внутрь поступает сахар, дрожжи работают клетка за клеткой, а каннабиноид накапливается там, где раньше ожидали бы увидеть пиво.

Источники

  1. Nature, «Учёные варят каннабис с помощью “взломанных” пивных дрожжей»
  2. UC Berkeley College of Chemistry, «Дрожжи производят недорогие каннабиноиды высокого качества»
  3. Scientific American, «На подъёме: ГМ-дрожжи создают известные и новые соединения марихуаны»
  4. Innoscience Research Institute, «Учёные варят каннабис с помощью “взломанных” пивных дрожжей»