Университет Калифорнии разработал метод биосинтеза главных каннабиноидов Cannabis sativa L. в дрожжах Saccharomyces cerevisiae с использованием галактозного субстрата. Их работа выносит на платформу производства как природных, так и искусственных каннабиноидов для изучения в разработке средств лечения различных заболеваний. Это было достигнуто путем введения ферментов пути каннабиноидов в дрожжи и манипулирования потоком внутренних путей, центральных для синтеза каннабиноидов.
Основным компонентом их биосинтетического подхода было использование плюралитета нескольких путей и субстратов жирных кислот для создания аналогов каннабиса с различной афинизацией и мощностью для связывания с рецепторами. 
Ограничение каннабисового растения
Cannabis sativa культивируется по всему миру тысячи лет. Исследование изучает составляющие каннабиса и их аналоги, демонстрируя их потенциальные лекарственные свойства. Однако изучение и клиническое использование каннабиноидов ограничены юридическими ограничениями - так же, как и характер каннабиноидов, структурная сложность которых делает невозможным оптовый синтез.**
Для преодоления этого синтез в дрожжах представляет собой экономический способ производства каннабиноидов, поскольку репертуар каннабиноидов может быть расширен и произведен в больших количествах.
Использование обманчивости обмена веществ в дрожжах
Для достижения производства каннабиноидов в дрожжах группа инженеров создала биосинтетический путь. Это началось с установления пути для начального промежуточного, оливетолова кислоты.
Оливетоловая кислота вместе с промежуточным продуктом мевалонатного пути, геранилпирофосфатом (GPP), являются предкурсорами каннабигероловой кислоты (CBGA). CBGA – это основной каннабиноид, из которого возникают другие. Эту конверсию выполняет геранилпирофосфат:оливетолат геранилтрансфераза (GOT). В частности, CBGA – предкурсор тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) и каннабидиоловой кислоты (CBDA), а также нескольких других их каннабиноидов. GPP производили посредством введения экспрессионного кассета, кодирующего гены Enterococcus faecalis, и превышения выраженности гена собственного мевалонатного пути.
Гексаноил-CoA, предкурсор оливетоловой кислоты, производили с помощью дополнительного гетерологического биосинтетического пути с участием генов нескольких бактерий и самой конопли. Альтернативно использовался гексановая кислота в качестве субстрата для фермента эндогенного ацилактивирующего фермента (AAE), который превращает гексановую кислоту в гексаноил-CoA.
Преодоление трудностей: компенсация отсутствия активности GOT в конопле Keasling et al. не удалось обнаружить активность GOT в кассете из конопли.
Для преодоления этого группа идентифицировала кандидата-пренильтрансферазу из конопли, которая проявляла активность GOT. Также введено выражение генов, кодирующих ферменты для производства оливетовой кислоты. Полученный CBGA затем трансформировали в THCA и CBDA через действие каннабиноидных синтетаз. После нагревания THCA и CBDA декарбоксилировали для получения THC и CBD - основных интересных каннабиноидов.
Расширение химического пространства каннабиноидов.
Как только внутренние каннабиноидные пути были расширены, Keasling et al. использовали их способность производить нестандартные каннабиноиды. Среди них – каннабиноиды, не возникающие от внутренних путей, – и могут быть дальнейшее дериватизированы химическими группами, расширяя диапазон возможных аналогов каннабиноидов.
Нестандартные аналоги – это объект активных исследований, поскольку они демонстрируют потенциально большие лекарственные свойства. Одной из главных фармакофор, области соединения, ответственного за биологическое/фармакологическое взаимодействие, является боковая цепь THC, поскольку она может модулировать каннабиноидный рецептор.
Группа разработала биосинтетический подход для производства этой формы аналога каннабиноида; для этого они использовали обманчивость обмена веществ в дрожжах и природу предкурсоров жирных кислот. Группа определила, что функцию фармакофоры можно дополнительно изменить послеферментовыми модификациями, что приводит к боковым цепям, которые трудно получить прямым введением. Проведены концептуальные доказательства PTM, приведшие к ряду продуктов, демонстрирующих расширение доступного для модификации химического пространства.
Общий эффект заключался в наклоне путей к предкурсорам и, в конце концов, аналогам THCA. Это продемонстрировало гибкость путей, позволяющую получить более разнообразные новые каннабиноиды, которые могут быть в дальнейшем модифицированы химически после производства, что увеличивает пул кандидатов на создание потенциально клинически используемых формул.
Новые каннабиноиды обещают неожиданное медицинское использование
Опубликованная работа представляет основу для будущего масштабной ферментации каннабиноидов, которая не зависит от культивирования конопли. Способность контролировать поток через эти инженерные пути и расширить репертуар каннабиноидов обещает средство производить более новые и оптимизированные лекарства.
Написать комментарий