Tutkijat tunnistavat tehokkaita mekanismeja, joita kannabissolut käyttävät kannabinoidien valmistukseen
Ensimmäistä kertaa biologit ovat määrittäneet korkeatuottoiset "temput", joita kannabissolut käyttävät kannabinoidien (THC/CBD) valmistamiseen. Vaikka monet bioteknologiayritykset yrittävät tällä hetkellä tehdä THC/CBD:tä kasvin ulkopuolella, hiiva- tai soluviljelmissä, on edelleen epäselvää, miten kasvi tekee tämän luonnollisesti.
Ihminen on viljellyt kannabista vuosisatojen ajan niiden farmakologisten ominaisuuksien vuoksi, jotka johtuvat sen erikoistuneiden metaboliittien, ensisijaisesti kannabinoidien ja terpenoidien, kulutuksesta. Nykyään kannabis on monen miljardin dollarin ala, jonka olemassaolo perustuu pääasiassa kukista löytyvien pienten soluklusterien, joita kutsutaan rauhastrikomeiksi, biologiseen toimintaan.
Kannabiksen rauhastrichomit muuttavat morfologiaa ja metaboliittien sisältöä kukkien kypsymisen aikana
Kannabinoidit ovat myrkyllisiä kannabissoluille, eikä tiedetä, miten kannabiksen solut toimivat trikomit voivat tuottaa ja erittää valtavia määriä lipofiiliset metaboliitit. Tämän tiedon puutteen korjaamiseksi tutkimme kannabiksen rauhastrichomia käyttämällä erittäin nopeaa kryofiksaatiota, kvantitatiivista elektronimikroskopiaa ja kannabinoidireittientsyymien kultamerkintää.
Tutkimus osoittaa, että metabolisesti aktiiviset kannabissolut muodostavat "supersolun", jolla on laajat sytoplasmiset sillat soluseinien ja polaarinen jakautuminen apikaalisen pinnan vieressä, jossa metaboliitit erittyvät. Ei-fotosynteettisten plastidien ennustettua metabolista roolia tukevat epätavalliset kalvoverkostot plastideissa ja kannabinoidi/terpeenireitin alun sijainti plastidin stroomassa. Runsaat kalvokontaktikohdat yhdistävät plastidien parakiteiset ytimet plastidin vaippaan, plastidit endoplasmiseen retikulumiin (ER) ja ER:n plasmakalvoon.
Kannabinoidibiosynteesin viimeinen vaihe, jota katalysoi tetrahydrokannabinolihapposyntaasi (THCAS), sijoittui solun pinnan seinämään vastapäätä solunulkoista varastoonteloa. Ehdotamme uutta mallia siitä, kuinka kannabissolut voivat ylläpitää runsasta aineenvaihduntatuotteiden tuotantoa, korostaen kalvon kosketuskohtien ja solunulkoisen THCA-biosynteesin avainroolia. Tämä uusi malli voi antaa tietoa synteettisen biologian lähestymistavoista kannabinoidien tuotantoon hiiva- tai soluviljelmissä.
"Se todella auttaa meitä ymmärtämään, kuinka kannabiksen trikoomisolut voivat tuottaa valtavia määriä tetrahydrokannabinolia (THC) ja terpeenejä – yhdisteitä, jotka ovat suuria määriä myrkyllisiä kasvisoluille – ilman, että se myrkyttää itseään." sanoi tohtori Sam Livingston, kasvitieteilijä British Universitystä. Columbia, joka johti tutkimusta.
Ihminen on viljellyt kannabista vuosikymmeniä niiden farmakologisten ominaisuuksien vuoksi, jotka johtuvat sen erikoistuneiden metaboliittien, ensisijaisesti CBD:n ja terpenoidien, kulutuksesta. Nykyään 20 miljardin dollarin maailmanlaajuisten kannabismarkkinoiden tuotanto riippuu suuresti pienten soluryppyjen, joita kutsutaan rauhastrichomeiksi, biologiseen aktiivisuuteen, joita löytyy pääasiassa kasvin kukista.
Tutkimus, joka julkaistiin vuonna Current Biology, paljastaa mikroympäristöt, joissa THC:tä tuotetaan ja kuljetetaan kannabistrichomeissa, ja valaisee useita kriittisiä kohtia THC:n tai CBD:n tuotantoreitillä solussa.
Tohtori Livingston ja toinen kirjoittaja tohtori Lacey Samuels käyttivät kannabiksen rauhasten trichomien nopeaa jäädyttämistä kasvien solurakenteiden ja aineenvaihduntatuotteiden immobilisoimiseksi in situ. Siten he pystyivät tutkimaan kannabiksen rauhastrichomeja käyttämällä elektronimikroskooppeja, jotka paljastivat solurakenteen nanomittakaavassa ja osoittivat, että kannabiksen metabolisesti aktiiviset solut muodostavat "supersolun", joka toimii pienenä metabolisena biotehtaana.
Tähän asti synteettisen biologian lähestymistavat ovat keskittyneet THC/CBD:n valmistamisesta vastaavien entsyymien optimointiin – kuten tehdas, jossa on tehokkain koneisto, joka valmistaa mahdollisimman monia tuotteita. Nämä lähestymistavat eivät kuitenkaan ole kehittäneet tehokasta tapaa siirtää väliaineita entsyymistä toiseen tai solun sisältä solun ulkopuolelle, josta lopputuotteet voidaan kerätä. Tämä tutkimus auttaa määrittelemään solunväliset "kuljetusreitit", joita kannabis käyttää tehokkaan putkilinjan luomiseen raaka-aineista lopputuotteisiin keräämättä myrkkyjä tai jätettä.
"Yli 40 vuoden ajan kaikki, mitä ajattelimme kannabissoluista, oli epätarkkoja, koska se perustui vanhentuneeseen elektronimikroskopiaan", sanoo UBC:n kasvisolubiologi tohtori Samuels. "Tämä työ määrittelee, kuinka kannabissolut valmistavat tuotteensa. Tämä on paradigman muutos monien vuosien jälkeen, mikä tuottaa uuden vision kannabinoidien tuotannosta. Tämä työ on ollut vaikeaa osittain laillisen kiellon vuoksi ja myös siksi, ettei kannabiksen geneettistä muunnosprotokollaa ole julkaistu. »
Tänään tiedämme, että:
- Glandulaariset solut muodostavat polarisoidun synsytiumin THCA:n tuotannon ja erittymisen aikana.
- GPPS sijaitsee plastideissa, jotka sisältävät silmiinpistäviä kalvofuusioita.
- THCAS sijaitsee yksinomaan trikomien solunulkoisella pinnalla.
- Plastidien, ER:n ja PM:n väliset kalvokontaktit ovat uuden liikennekuvion lähtökohtana.
Tämä uusi malli voi tarjota synteettisen biologian lähestymistapoja kannabinoidien tuotantoon hiivassa, jota käytetään yleisesti biotekniikassa. Ilman näitä "hakkereita" he eivät koskaan saavuta tehokasta tuotantoa.
