Учёные выявили высокоэффективные "хаки" клеток каннабиса для производства каннабиноидов

Впервые биологи растений определили высокоэффективные "хаки", которые клетки каннабиса используют для производства каннабиноидов (THC/CBD). Хотя многие биотехнологические компании пытаются создать THC/CBD вне растения в дрожжах или клеточных культурах, до сих пор было в значительной степени неизвестно, как растение делает это естественным путём.

"Это действительно помогает нам понять, как клетки в трихомах каннабиса могут выбрасывать огромные количества тетрагидроканнабинола (THC) и терпенов — соединений, токсичных для самих растительных клеток в больших количествах — без самоотравления", — говорит доктор Сэм Ливингстон, ботаник из Университета Британской Колумбии, руководивший исследованием.

"Эта новая модель может помочь в подходах синтетической биологии для производства каннабиноидов в дрожжах, которые обычно используются в биотехнологии. Без этих 'трюков' они никогда не добьются эффективного производства".

Веками люди культивировали каннабис из-за фармакологических свойств, возникающих при потреблении его специализированных метаболитов, в первую очередь CBD и терпеноидов. Сегодня производство в рамках глобального рынка каннабиса стоимостью $20 млрд в значительной степени зависит от биологической активности крошечных скоплений клеток, называемых железистыми трихомами, которые в основном находятся на цветках растения.

Исследование, опубликованное в Current Biology, раскрывает микросреды, в которых производится и транспортируется THC в трихомах каннабиса, и проливает свет на несколько критических точек в пути создания THC или CBD внутри клетки.

Доктор Ливингстон и соавтор доктор Лэйси Сэмюэлс использовали быстрое замораживание железистых трихом каннабиса, чтобы обездвижить клеточные структуры растения и метаболиты in situ. Это позволило им исследовать железистые трихомы с помощью электронных микроскопов, которые показали клеточную структуру на наноуровне. Было обнаружено, что метаболически активные клетки в каннабисе образуют "суперклетку", действующую как крошечная метаболическая биофабрика.

До сих пор подходы синтетической биологии были сосредоточены на оптимизации ферментов, ответственных за создание THC/CBD — как строительство фабрики с самым эффективным оборудованием для максимизации продукта. Однако эти подходы не разработали эффективного способа перемещения промежуточных веществ от одного фермента к другому или изнутри клетки наружу, где можно собирать конечные продукты. Это исследование помогает определить внутриклеточные "маршруты доставки", которые каннабис использует для создания эффективного конвейера от сырья до конечных продуктов без накопления токсинов или отходов.

"Более 40 лет всё, что мы думали о клетках каннабиса, было неточным, потому что основывалось на устаревшей электронной микроскопии", — говорит доктор Сэмюэлс, клеточный биолог растений из UBC. "Эта работа определяет, как клетки каннабиса производят свой продукт. Это смена парадигмы после многих лет, создающая новый взгляд на производство каннабиноидов. Эта работа была сложной, отчасти из-за правовых запретов, а также из-за того, что не было опубликовано ни одного протокола для генетической трансформации каннабиса".