Flere kemiske forbindelser fundet i cannabis (cannabinoider) kan produceres i genetisk modificeret gær, viser et nyt studie udgivet i Nature. Dette fund kan potentielt føre til billigere, forbedrede og miljøvenlige cannabis-lægemidler.
En gruppe forskere beskriver i et nyt Nature-studie, hvordan de har formået at brygge kemiske forbindelser (cannabinoider) fra cannabis i genetisk modificeret gær. Dette arbejde kan føre til effektiv produktion af forskellige typer cannabinoider uafhængig af hampedyrkning.
Ifølge forsker og professor i kemisk- og biomolekylær teknik ved UC Berkeley Jay Keasling giver produktion af cannabinoider ved gæring mulighed for bedre kontrol med produktionen og mindre affald. I dag kræver produktion af cannabinoider enorme mængder landbrugsjord og frembringer store mængder planteaffald.
"Den mikrobielle produktionsproces vil producere mindre affald, hvilket er godt for miljøet. Desuden kan man sige, at alle kan dyrke en plante, men vi kan indbygge afhængighedsmekanismer og ”kill-switches” i gæren, der forhindrer, at Hr. og Fru Danmark vil kunne dyrke gæren. Så dét at producere cannabinoider i gær vil gøre produktionen både grønnere og sikrere," siger Jay Keasling, som også er videnskabelig direktør ved The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability (DTU Biosustain) ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU).
Stort potentiale i forhold til nye lægemidler
Specifikke cannabinoider er blevet godkendt som receptpligtig medicin i flere lande til behandling af forskellige sygdomme. Cannabinoider udvindes i øjeblikket fra hampeplanten, hvor de findes i relativt lave koncentrationer. Den lave naturlige forekomst kombineret med det faktum, at cannabinoider er kemisk komplekse at fremstille syntetisk, har hæmmet storproduktion.
"Dét at kunne producere cannabinoider i gær vil gøre produktionen både grønnere og sikrere"
Jay Keasling, videnskabelig direktør ved The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability (DTU Biosustain)
Jay Keasling og hans kolleger har nu vist, at genetisk modificeret bagegær (Saccharomyces cerevisiae) kan fremstille cannabinoider via biosyntese. Forfatterne indsatte gener fra hampeplanten i gærens metaboliske signalveje for at fremstille ophavsmolekyler til cannabinoider såsom olivetolsyre fra det simple sukkerstof galaktose. Ud fra olivetolsyre var gæren i stand til at fremstille den centrale cannabinoid cannabigerolsyre (CBGA), som kan omdannes til´ Δ9-tetrahydrocannabinolsyre (THCA) og cannabidiolsyre (CBDA).
Brygning af cannabis-stoffer er billigere
Forfatterne viste også, at den biologiske produktionsrute er meget billigere end dyrkning af hampeplanter, når man skal udvinde f.eks. Δ9-tetrahydrocannabinol (THC) og cannabidiol (CBD) til lægemidler.
I dag koster det 40.000-70.000 dollars/kg at producere disse kemikalier i hampeplaner. Fra deres tidligere arbejde og erfaring med mikrobiel produktion af anti-malariastoffet artemisinin forventer Jay Keasling og hans forskerhold at kunne producere cannabinoider til en markedspris på mindre end 400 dollars/kg.
Forskerne viste også, at syntetiske cannabinoider, såsom kemisk modificeret THCA, kunne fremstilles af fedtsyrer i stedet for galaktose. Sammen danner disse resultater grundlaget for storproduktion af både naturlige og helt nye, ukendte cannabinoider.
"Den mikrobielle fremstillingsproces giver os mulighed for at producere cannabinoider, der er yderst sjældne i planten. Desuden kan vi få gæret til at producere "unaturlige" cannabinoider, som naturen ikke kan producere selv, hvilket giver os mange nye muligheder for at udvikle nye lægemidler," siger Jay Keasling.
KONTAKT
Jay Keasling (University of California Berkeley, Berkeley, CA, USA)
E-mail: keasling@berkeley.edu
Kilder
Videnskabelig artikel i Nature: http://dx.doi.org/10.1038/s41586-019-0978-9 (DOI: 10.1038/s41586-019-0978-9)
Pressemeddelelse fra University of California Berkeley: https://chemistry.berkeley.edu/news/yeast-produce-low-cost-high-quality-cannabinoids
Populærvidenskabelig artikel i Nature: https://www.nature.com/articles/d41586-019-00714-9