University of California, Berkeley, synthetischen Biologen entwickelt, Bierhefe, um Marihuana zu produzieren die wichtigsten Zutaten — bewusstseinsverändernde THC und nicht psychoaktive CBD-ebenso wie neuartige Cannabinoide, die nicht in der Anlage selbst.
Fütterung nur auf Zucker, der Hefe sind eine einfache und billige Art und Weise zu produzieren Reine Cannabinoide, die heute hoch sind-Extrakt aus den Knospen der pflanze Marihuana, Cannabis sativa.
„Für die Verbraucher, die Vorteile sind hohe Qualität, low-cost-CBD-und THC-Gehalt: Sie erhalten genau, was Sie wollen, von der Hefe,“ sagte Jay Keasling, ein UC Berkeley professor der chemischen und biomolekularen Technik und Biotechnologie und die Fakultät Wissenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory. „Es ist ein sicherer, umweltfreundlicher zu produzieren Cannabinoide.“
Cannabis und seine Extrakte, einschließlich der high-induzierende THC oder tetrahydrocannabinol, sind jetzt legal in 10 Staaten und dem District of Columbia und Freizeit Marihuana-geräuchert, vaped oder konsumiert als Nahrungsmittel — ist ein Multi-Milliarden-dollar-Geschäft Bundesweit. Medikamente mit THC genehmigt von der Food and Drug Administration zu verringern, übelkeit nach Chemotherapie und verbessert den Appetit bei AIDS-Patienten.
CBD, oder cannabidiol, die zunehmend in der Kosmetik — so genannte cosmeceuticals — und genehmigt wurde, als eine Behandlung für kindheit epileptische Anfälle. Es wird untersucht, wie eine Therapie für zahlreiche Bedingungen, einschließlich der Angst, Parkinson-Krankheit und chronische Schmerzen.
Aber die medizinische Forschung auf die mehr als 100 anderen Chemikalien in Marihuana ist schwierig, da die Chemikalien treten in winzigen Mengen, so dass Sie schwer zu extrahieren, der aus der pflanze. Preiswert, reiner Quellen-wie Hefe-könnten solche Studien erleichtert.
Plus, fügte er hinzu, es ist „die Möglichkeit, neue Therapien, die auf neuartige Cannabinoide: die seltenen, die sind fast unmöglich zu bekommen, von der pflanze, oder die unnatürliche diejenigen, die sich nicht aus der Anlage.“
Keasling, der Philomathia Foundation Chair in Alternative Energie in Berkeley, und seine Kollegen berichten Ihre Ergebnisse online Feb. 27 im Vorfeld der Veröffentlichung in der Zeitschrift Nature.
Einstecken chemischen Wege in Hefe
Cannabinoide join viele andere Chemikalien und Medikamente produziert in Hefe, einschließlich human-Wachstumshormon, insulin, Blutgerinnungsfaktoren und vor kurzem, aber noch nicht auf dem Markt, Morphin und andere Opiate.
Einer der Pioniere der synthetischen Biologie, Keasling hat lange gesucht, um auszunutzen, Hefen und Bakterien als „grün“ Drogen-Fabriken, wodurch die teuren synthetischen oder extraktive Prozesse, die Häufig in der chemischen Industrie und der Häufig giftige oder umweltschädliche Chemische Nebenprodukte.
Cannabis-Anbau ist ein gutes Beispiel für eine Energie-intensive und ökologisch zerstörerischen Industrie. Bauernhöfe in Nordwest-Kalifornien, haben den verschmutzten Bächen mit Pestiziden und Dünger Abfluss, und half Abfluss wassereinzugsgebiete, weil Marihuana-Pflanzen sind Wasser-hungrig. Illegale wächst, haben dazu geführt, in Kahlschlag und erosion.
Indoor-Anbau unter wachsen Lichter mit Lüfter verbraucht eine Menge Energie, die Buchhaltung für einen wachsenden Anteil an den jährlichen Stromverbrauch. Eine Studie schätzt, dass in Kalifornien cannabis-Industrie entfielen 3 Prozent der staatlichen Strom-Nutzung. Indoor wächst verursacht Stromausfälle in einigen Städten und Energieverbrauch können mehr als 1.000 Dollar, der Preis für ein Pfund von Unkraut.
Daher Keasling Interesse bei der Suche nach einem „grünen“ Weg zu den aktiven Chemikalien, die in Marihuana.
„Es war eine interessante wissenschaftliche Herausforderung“, gab er zu, das war ähnlich wie andere Herausforderungen, denen er und sein team erfolgreich gemeistert haben in Hefe: die Herstellung eines Malaria-Medikament artemisinin; Dreh-Anlage Abfall in Biokraftstoffe; die Synthetisierung von Aromen und Düfte für die Nahrungsmittel-und Kosmetikindustrie und Chemische Zwischenprodukte für die Herstellung neuer Materialien. „Aber wenn Sie Lesen Sie über die Fälle von Patienten, die Anfälle haben, und geholfen durch die Innenstadt, besonders die Kinder, Sie erkennen, gibt es einige Wert in diesen Molekülen und die Produktion von Cannabinoiden in der Hefe könnte wirklich großartig werden.“
Mit der Genehmigung und Aufsicht durch die US-Drug Enforcement Agency — cannabis ist immer noch illegal nach Bundesrecht-Berkeley postdoc Xiaozhou Luo und visiting graduate student Michael Reiter, der das Projekt leitete, begann der Montage in Hefe eine Reihe von chemischen Schritten zur fertigen, wird zunächst die Mutter aller Cannabinoide, CBGA (cannabigerolic Säure). In beiden Marihuana und Hefe, die Chemische Reaktionen beinhalten die Säure-form der verbindungen: CBGA und seine Derivate, THCA und CBDA. Sie leicht konvertieren zu CBG -, THC-und CBD-bei Einwirkung von Licht und Wärme.
Drehen Hefe in chemischen Fabriken beinhaltet co-opting Ihren Stoffwechsel so, dass, anstatt von Zucker in Alkohol, zum Beispiel, Hefen wandeln Zucker in andere Chemikalien, die werden dann modifiziert durch zugesetzte Enzyme zu produzieren ein neues Produkt, wie THC, dass die Hefe, absondern, in die Flüssigkeit, die Sie umgibt. Die Forscher landete Sie mehr als ein Dutzend Gene in der Hefe, viele von Ihnen Kopien von Genen verwendet, die von der pflanze zur Synthese von Cannabinoiden.
Einen Schritt, jedoch, erwies sich als ein Hindernis für die Keasling Gruppe und konkurrierende Gruppen: ein Enzym, das führt ein chemischer Schritt, um CBGA in der Marihuana-pflanze hat nicht funktioniert in der Hefe.
Eher als Ingenieur einen anderen Syntheseweg, Berkeley postdoc Leo d’Espaux und der Doktorand Jeff Wong ging zurück zu der pflanze selbst und isoliert, ein zweites Enzym, prenyl-transferase, dass die gleiche Sache, und stecken Sie es in die Hefe.
„Es funktionierte wie gangbusters,“ Keasling sagte.
Einmal hatten Sie Hefe-Herstellung von CBGA, fügten Sie ein weiteres Enzym zu konvertieren, CBGA, um THCA und ein anderes Enzym, um den Weg zu CBDA. Obwohl die Produkte die Hefe produzieren, sind überwiegend THC oder CBD, Keasling gesagt, jeder muss immer getrennt von anderen Chemikalien, die in winzigen Mengen.
Sie hat auch Hinzugefügt, Enzyme aus der Hefe produzieren zwei andere Natürliche Cannabinoide, CBDV (cannabidivarin) und THCV (tetrahydrocannabivarin), deren Auswirkungen sind nicht gut verstanden.
Überraschend, Xiaozhou und Michael entdeckt, dass die enzymatischen Schritte bei der Herstellung CBGA in Hefe sind flexibel genug, um zu akzeptieren eine Vielzahl von starter-Chemikalien-verschiedene Fettsäuren an die Stelle der, durch die Marihuana-pflanze, hexanoic acid — generieren, dass Cannabinoide, die nicht in der Anlage selbst. Sie bekam auch die Hefe zu integrieren Chemikalien in die Cannabinoide, könnte später werden chemisch verändert im Labor, erstellen ein weiterer Ansatzpunkt für die Herstellung von nie-vor-gesehen, aber potenziell medizinisch nützlichen Cannabinoide.
Keasling gründeten anschließend eine Emeryville, Kalifornien, Unternehmen, Demetrix Inc., die d’Espaux und Wong kam später, dass eine Lizenz für die Technologie von Berkeley die Verwendung von Hefe die Gärung zu machen Cannabinoide.
„Die Wirtschaft wirklich gut Aussehen,“ Keasling sagte. „Der Preis ist konkurrenzfähig oder besser ist, als für die pflanzlichen Cannabinoide. Und die Hersteller keine Gedanken über Verunreinigungen-zum Beispiel THC in CBD-das würde Sie hoch.“