แคนนาบินอยด์

ยีสต์ที่กินน้ำตาลเพียงอย่างเดียวเป็นวิธีที่ง่ายและราคาถูกในการผลิต cannabinoids บริสุทธิ์ ซึ่งปัจจุบันมีราคาแพงในการสกัดจากตาของต้นกัญชา Cannabis sativa Jay Keasling ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีและชีวโมเลกุลและวิศวกรรมชีวภาพแห่ง UC Berkeley กล่าวว่า "สำหรับผู้บริโภค ประโยชน์ที่ได้รับคือสาร CBD และ THC คุณภาพสูง ต้นทุนต่ำ คุณจะได้สิ่งที่คุณต้องการจากยีสต์อย่างแน่นอน" ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley "เป็นวิธีที่ปลอดภัยกว่าและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าในการผลิตสารแคนนาบินอยด์" กัญชาและสารสกัดของมัน รวมถึงสาร THC หรือเตตระไฮโดรแคนนาบินอลที่เหนี่ยวนำสูง ปัจจุบันถูกกฎหมายใน 10 รัฐและดิสตริกต์ออฟโคลัมเบีย ส่วนกัญชาเพื่อสันทนาการที่รมควัน สูบไอ หรือบริโภคเป็นธุรกิจที่มีมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ทั่วประเทศ ยาที่มี THC ได้รับการอนุมัติจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาเพื่อลดอาการคลื่นไส้หลังทำเคมีบำบัดและเพิ่มความอยากอาหารในผู้ป่วยโรคเอดส์ CBD หรือ cannabidiol ถูกนำมาใช้มากขึ้นในเครื่องสำอาง ซึ่งเรียกว่าเวชสำอาง และได้รับการอนุมัติให้ใช้รักษาอาการชักจากโรคลมชักในเด็ก กำลังอยู่ในระหว่างการวิจัยเพื่อใช้รักษาโรคต่างๆ รวมถึงความวิตกกังวล โรคพาร์กินสัน และอาการปวดเรื้อรัง แต่การวิจัยทางการแพทย์เกี่ยวกับสารเคมีอื่นๆ กว่า 100 ชนิดในกัญชาเป็นเรื่องยาก เนื่องจากสารเคมีเหล่านี้เกิดขึ้นในปริมาณเล็กน้อย ทำให้สกัดออกจากต้นได้ยาก แหล่งที่มาที่ไม่แพงและบริสุทธิ์กว่า เช่น ยีสต์ อาจทำให้การศึกษาดังกล่าวง่ายขึ้น นอกจากนี้ เขากล่าวเสริมว่า มี "ความเป็นไปได้ของการบำบัดแบบใหม่ที่มีพื้นฐานจากสาร แคนนาบินอยด์ ชนิดใหม่ ได้แก่ สารหายากที่แทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับจากพืช หรือสารที่ผิดธรรมชาติ ซึ่งไม่สามารถหาได้จากพืช" Keasling ประธานมูลนิธิ Philomathia ด้านพลังงานทดแทนที่ Berkeley และเพื่อนร่วมงานของเขาจะรายงานผลของพวกเขาทางออนไลน์ในวันที่ 27 กุมภาพันธ์ก่อนตีพิมพ์ในวารสารNature การเสียบเส้นทางเคมีเข้าไปในยีสต์ Cannabinoids เข้าร่วมกับสารเคมีและยาอื่น ๆ อีกมากมายที่ผลิตในยีสต์รวมถึงฮอร์โมนการเจริญเติบโตของมนุษย์, อินซูลิน, ปัจจัยการแข็งตัวของเลือดและเมื่อเร็ว ๆ นี้ แต่ยังไม่มีในท้องตลาด, มอร์ฟีนและฝิ่นอื่น ๆ หนึ่งในผู้บุกเบิกชีววิทยาสังเคราะห์ Keasling พยายามใช้ประโยชน์จากยีสต์และแบคทีเรียในฐานะโรงงานผลิตยาที่ "เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม" มาเป็นเวลานาน โดยขจัดกระบวนการสังเคราะห์หรือสารสกัดที่มีราคาแพงซึ่งพบได้ทั่วไปในอุตสาหกรรมเคมีและผลพลอยได้จากสารเคมีที่มักเป็นพิษหรือทำลายสิ่งแวดล้อม การเพาะปลูกกัญชาเป็นตัวอย่างที่สำคัญของอุตสาหกรรมที่ใช้พลังงานเข้มข้นและทำลายสิ่งแวดล้อม ฟาร์มทางตะวันตกเฉียงเหนือของรัฐแคลิฟอร์เนียทำให้ลำธารสกปรกด้วยสารกำจัดศัตรูพืชและปุ๋ยที่ไหลบ่า และช่วยระบายน้ำในแหล่งต้นน้ำเนื่องจากต้นกัญชาต้องการน้ำมาก การเจริญเติบโตที่ผิดกฎหมายส่งผลให้เกิดการตัดและการสึกกร่อนที่ชัดเจน การเพาะปลูกในร่มโดยใช้ไฟเติบโตพร้อมพัดลมระบายอากาศใช้พลังงานจำนวนมาก คิดเป็นเปอร์เซ็นต์การใช้พลังงานต่อปีที่เพิ่มขึ้น การศึกษาชิ้นหนึ่งประเมินว่าอุตสาหกรรมกัญชาของรัฐแคลิฟอร์เนียคิดเป็น 3 เปอร์เซ็นต์ของการใช้ไฟฟ้าของรัฐ การปลูกในร่มทำให้เกิดไฟดับในบางเมือง และการใช้พลังงานสามารถเพิ่มมากกว่า 1,000 ดอลลาร์ต่อราคาของวัชพืชหนึ่งปอนด์ ด้วยเหตุนี้ คีสลิงจึงสนใจที่จะหาวิธี "สีเขียว" ในการผลิตสารเคมีออกฤทธิ์ในกัญชา "มันเป็นความท้าทายทางวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจ" เขายอมรับ ซึ่งคล้ายกับความท้าทายอื่นๆ ที่เขาและทีมงานเอาชนะในยีสต์ได้สำเร็จ นั่นคือ การผลิตยาต้านมาเลเรีย อาร์เทมิซินิน เปลี่ยนของเสียจากพืชเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ สังเคราะห์กลิ่นและรสสำหรับอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องสำอางและตัวกลางทางเคมีสำหรับการผลิตวัสดุใหม่ "แต่เมื่อคุณอ่านเกี่ยวกับกรณีของผู้ป่วยที่มีอาการชักและได้รับความช่วยเหลือจาก CBD โดยเฉพาะอย่างยิ่งเด็ก ๆ คุณจะตระหนักว่าโมเลกุลเหล่านี้มีคุณค่าบางอย่าง และการผลิต cannabinoids ในยีสต์นั้นยอดเยี่ยมมาก" ด้วยการอนุมัติและการกำกับดูแลโดยหน่วยงานปราบปรามยาเสพติดของสหรัฐฯ -- กัญชายังคงผิดกฎหมายภายใต้กฎหมายของรัฐบาลกลาง -- Berkeley postdoc Xiaozhou Luo และเยี่ยมนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Michael Reiter ซึ่งเป็นผู้นำโครงการ ได้เริ่มประกอบขั้นตอนทางเคมีหลายชุดในยีสต์เพื่อผลิต ในขั้นแรก , แม่ของ cannabinoids ทั้งหมด, CBGA (กรด cannabigerolic). ทั้งในกัญชาและยีสต์ ปฏิกิริยาทางเคมีเกี่ยวข้องกับรูปแบบกรดของสารประกอบ: CBGA และอนุพันธ์ THCA และ CBDA พวกมันจะเปลี่ยนเป็น CBG, THC และ CBD ได้อย่างง่ายดายเมื่อสัมผัสกับแสงและความร้อน การเปลี่ยนยีสต์เป็นโรงงานเคมีเกี่ยวข้องกับการเลือกเมแทบอลิซึมของพวกมัน ดังนั้น แทนที่จะเปลี่ยนน้ำตาลเป็นแอลกอฮอล์ ตัวอย่างเช่น ยีสต์จะเปลี่ยนน้ำตาลเป็นสารเคมีอื่นๆ ที่ถูกดัดแปลงโดยเอนไซม์ที่เพิ่มเข้ามาเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ใหม่ เช่น THC ซึ่งยีสต์ หลั่งออกมาเป็นของเหลวที่อยู่รอบๆ นักวิจัยลงเอยด้วยการใส่ยีนมากกว่าหนึ่งโหลลงในยีสต์ ซึ่งหลายยีนเป็นสำเนาของยีนที่ต้นกัญชาใช้ในการสังเคราะห์สารแคนนาบินอยด์ อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนหนึ่งได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นอุปสรรคสำหรับกลุ่มของ Keasling และกลุ่มคู่แข่ง นั่นคือ เอนไซม์ที่ทำขั้นตอนทางเคมีที่สำคัญในการสร้าง CBGA ในต้นกัญชาไม่ได้ทำงานในยีสต์ แทนที่จะสร้างทางเดินสังเคราะห์ที่แตกต่างกัน Berkeley postdoc Leo d'Espaux และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Jeff Wong กลับไปที่โรงงานและแยกเอนไซม์ตัวที่สองคือ prenyl Transferase ซึ่งทำสิ่งเดียวกันและติดอยู่ในยีสต์ "มันทำงานเหมือนแก๊งค์บัสเตอร์" คีสลิงกล่าว เมื่อพวกเขามี CBGA ที่ผลิตโดยยีสต์แล้ว พวกเขาได้เพิ่มเอนไซม์อีกตัวเพื่อเปลี่ยน CBGA เป็น THCA และเอนไซม์อีกตัวเพื่อสร้างทางเดินไปยัง CBDA แม้ว่าผลิตภัณฑ์ที่ยีสต์ผลิตขึ้นนั้นจะมี THC หรือ CBD เป็นหลัก Keasling กล่าว แต่ก็ยังต้องแยกออกจากสารเคมีอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย พวกเขายังเพิ่มเอนไซม์ที่ทำให้ยีสต์ผลิต cannabinoids ตามธรรมชาติอีกสองชนิด ได้แก่ CBDV (cannabidivarin) และ THCV (tetrahydrocannabivarin) ซึ่งยังไม่เข้าใจผลกระทบ น่าประหลาดใจที่ Xiaozhou และ Michael ค้นพบว่าขั้นตอนของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสร้าง CBGA ในยีสต์นั้นมีความยืดหยุ่นเพียงพอที่จะรับสารเคมีตั้งต้นหลายชนิด ซึ่งเป็นกรดไขมันที่แตกต่างกันแทนกรดเฮกซาโนอิกที่ต้นกัญชาใช้ ซึ่งสร้าง cannabinoids ที่ ไม่มีอยู่ในตัวพืชเอง พวกเขายังได้รับยีสต์เพื่อรวมสารเคมีเข้าไปใน cannabinoids ซึ่งต่อมาสามารถเปลี่ยนแปลงทางเคมีได้ในห้องแล็บ ทำให้เกิดช่องทางใหม่สำหรับการผลิต cannabinoids ที่ไม่เคยเห็นมาก่อน แต่อาจมีประโยชน์ทางการแพทย์