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改造啤酒酵母來“釀造”大麻素,科學家也是費盡心思

數千年前,人類已經學會使用酵母細胞來釀造酒精飲料,如今,科學家們將這些釀酒酵母細胞進行改造,已經能夠讓其生產大麻素。

2 月 27 日,Nature 雜誌發表了這篇加州大學伯克利分校羅小舟博士為第一作者的重磅研究,通過對啤酒酵母進行基因改造,使其能夠利用半乳糖來生產大麻素及其衍生物。

(來源:Nature)

大麻素是一類在大麻中發現的具有藥用特性、有時還能改變心智的化學物質,包括能夠毒害神經的化學物質 THC(四氫大麻酚),以及具有潛在藥物作用的 CBD(大麻二酚),其作用包括抗焦慮和緩解疼痛。

研究結果表明,與傳統的植物栽培相比,這種微生物發酵過程能降低生產 THC、CBD 和稀有大麻素類物質這些在自然界中含量很低的化合物的生產成本,且使生產過程更為高效和可靠。

之前的研究描述了在酵母細胞中構建大麻素生產線的部分過程,但並沒有實現完整的生產。加拿大蒙特利爾 Hyasynth Bio 公司首席執行官 Kevin Chen 表示,這項最新研究是首次“將所有研究成果放在一起,證明實際上可以在一個細胞內完成,這一發現很酷”。目前至少有十家公司致力於在工程化改造酵母、細菌或藻類中生產大麻素,該公司是其中之一。

研究人員已經使用類似的方法生產出商用抗瘧疾藥物,但是讓酵母細胞生產大麻素的技術離投入市場還很遠。加拿大多倫多 AltaCorp Capital 公司的大麻分析師 David Kideckel 預測,將合成大麻素賣給製藥公司或大眾,還需要 18 到 24 個月的時間才能具有成本效益。

大麻素釀造工藝

為了在在酵母細胞中生產大麻素,加州大學伯克利分校的合成生物學家Jay Keasling和他的同事改造了在釀酒酵母中發現的幾個基因,並引入了來自五種細菌和大麻植物的其他基因。他們總共修改了 16 個基因,將半乳糖轉化為不活躍的 THC 或 CBD。最終研究小組生產出含量大約為 8 毫克/升的四氫大麻酚和少量大麻二酚。

圖 | 改良的釀酒酵母(來源:Thomas Deernick, NCMIR/Science Photo Library)

“但是這些產量至少需要增加 100 倍,才能與植物提取的大麻素工藝競爭。”加利福尼亞州卡爾斯巴德 Librede 公司的首席執行官 Jason Poulos 說。該公司擁有在酵母中利用糖類製造大麻素的首項專利。

在 2015 年由 Keasling 成立、位於加利福尼亞州埃默裡維爾的 Demetrix 公司首席執行官 Jeff Ubersax 則表示,目前公司的科學家們已經將這一過程中的大麻素產量提高了幾個數量級。

Keasling 和他的團隊也已經能夠通過改造酵母細胞,將各種脂肪酸轉化成自然界中不存在的大麻素。這些化合物用來治療是有可能的,且因為它們不是自然產生的,一旦有任何進展,它們就可以申請專利,所以新創造的大麻素勢必會引起製藥公司的興趣。

英屬哥倫比亞大學 (the University of British Columbia) 的化學工程師 Vikramaditya Yadav 表示:“製藥行業會欣然接受這些分子。”Vikramaditya Yadav 目前也正與加拿大溫哥華 InMed 製藥公司合作利用細菌生產大麻素。

生產大麻素的其它新途徑

不過,也有一些人認為酵母發酵可能不是製造大麻素的最佳方法。例如,總部設在多倫多的 Trait Biosciences 公司,正在對大麻進行基因改造,從而為飲料工業生產水溶性大麻素。

他們還試圖改造這些大麻植株,讓每一個組織都能產生新的大麻衍生化合物,而不僅僅是分泌大麻素的樹脂腺體。Trait 的首席戰略官 Ronan Levy 說:“你在酵母中能做的任何事情,都可以在大麻植物中做到,而且產量和純度要高得多。”

2 月初,加州大學洛杉磯分校的生物化學家 Jim Bowie,描述了一個將糖轉化為大麻二酚的過程,此過程不需要在細胞內發生反應。他的團隊還嘗試生產出可商用的四氫大麻酚和大麻二酚的非活性前體物質,此外,研究人員還計劃通過 Invizyne Technologies 這家初創公司來進一步開發這種方法。

“細胞是承載這條通路的有用載體,但我們不需要這些細胞,”Jim Bowie 說。“我們要的是那條通路。”

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