改造啤酒酵母来“酿造”大麻素,科学家也是费尽心思前沿科技

高智导读:数千年前,人类已经学会使用酵母细胞来酿造酒精饮料,如今,科学家们将这些酿酒酵母细胞进行改造,已经能够让其生产大麻素。

数千年前,人类已经学会使用酵母细胞来酿造酒精饮料,如今,科学家们将这些酿酒酵母细胞进行改造,已经能够让其生产大麻素。

2 月 27 日,Nature 杂志发表了这篇加州大学伯克利分校罗小舟博士为第一作者的重磅研究,通过对啤酒酵母进行基因改造,使其能够利用半乳糖来生产大麻素及其衍生物。

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(来源:Nature)

大麻素是一类在大麻中发现的具有药用特性、有时还能改变心智的化学物质,包括能够毒害神经的化学物质 THC(四氢大麻酚),以及具有潜在药物作用的 CBD(大麻二酚),其作用包括抗焦虑和缓解疼痛。

研究结果表明,与传统的植物栽培相比,这种微生物发酵过程能降低生产 THC、CBD 和稀有大麻素类物质这些在自然界中含量很低的化合物的生产成本,且使生产过程更为高效和可靠。

之前的研究描述了在酵母细胞中构建大麻素生产线的部分过程,但并没有实现完整的生产。加拿大蒙特利尔 Hyasynth Bio 公司首席执行官 Kevin Chen 表示,这项最新研究是首次“将所有研究成果放在一起,证明实际上可以在一个细胞内完成,这一发现很酷”。目前至少有十家公司致力于在工程化改造酵母、细菌或藻类中生产大麻素,该公司是其中之一。

研究人员已经使用类似的澳门星际官网网址生产出商用抗疟疾药物,但是让酵母细胞生产大麻素的技术离投入市场还很远。加拿大多伦多 AltaCorp Capital 公司的大麻分析师 David Kideckel 预测,将合成大麻素卖给制药公司或大众,还需要 18 到 24 个月的时间才能具有成本效益。

大麻素酿造工艺

为了在在酵母细胞中生产大麻素,加州大学伯克利分校的合成生物学家Jay Keasling和他的同事改造了在酿酒酵母中发现的几个基因,并引入了来自五种细菌和大麻植物的其他基因。他们总共修改了 16 个基因,将半乳糖转化为不活跃的 THC 或 CBD。最终研究小组生产出含量大约为 8 毫克/升的四氢大麻酚和少量大麻二酚。

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图 | 改良的酿酒酵母(来源:Thomas Deernick, NCMIR/Science Photo Library)

“但是这些产量至少需要增加 100 倍,才能与植物提取的大麻素工艺竞争。”加利福尼亚州卡尔斯巴德 Librede 公司的首席执行官 Jason Poulos 说。该公司拥有在酵母中利用糖类制造大麻素的首项专利

在 2015 年由 Keasling 成立、位于加利福尼亚州埃默里维尔的 Demetrix 公司首席执行官 Jeff Ubersax 则表示,目前公司的科学家们已经将这一过程中的大麻素产量提高了几个数量级。

Keasling 和他的团队也已经能够通过改造酵母细胞,将各种脂肪酸转化成自然界中不存在的大麻素。这些化合物用来治疗是有可能的,且因为它们不是自然产生的,一旦有任何进展,它们就可以申请专利,所以新创造的大麻素势必会引起制药公司的兴趣。

英属哥伦比亚大学 (the University of British Columbia) 的化学工程师 Vikramaditya Yadav 表示:“制药行业会欣然接受这些分子。”Vikramaditya Yadav 目前也正与加拿大温哥华 InMed 制药公司合作利用细菌生产大麻素。

生产大麻素的其它新途径

不过,也有一些人认为酵母发酵可能不是制造大麻素的最佳澳门星际官网网址。例如,总部设在多伦多的 Trait Biosciences 公司,正在对大麻进行基因改造,从而为饮料工业生产水溶性大麻素。

他们还试图改造这些大麻植株,让每一个组织都能产生新的大麻衍生化合物,而不仅仅是分泌大麻素的树脂腺体。Trait 的首席战略官 Ronan Levy 说:“你在酵母中能做的任何事情,都可以在大麻植物中做到,而且产量和纯度要高得多。”

2 月初,加州大学洛杉矶分校的生物化学家 Jim Bowie,描述了一个将糖转化为大麻二酚的过程,此过程不需要在细胞内发生反应。他的团队还尝试生产出可商用的四氢大麻酚和大麻二酚的非活性前体物质,此外,研究人员还计划通过 Invizyne Technologies 这家初创公司来进一步开发这种澳门星际官网网址。

“细胞是承载这条通路的有用载体,但我们不需要这些细胞,”Jim Bowie 说。“我们要的是那条通路。”

(来源:deeptechchina)

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