Університет Каліфорнії розробив метод біосинтезу головних канабіноїдів Cannabis sativa L. в дріжджах Saccharomyces cerevisiae з використанням галактозного субстрату. Їхня робота виносить на платформу виробництва як природних, так і штучних канабіноїдів для вивчення у розробці засобів лікування різних захворювань. Це було досягнуто шляхом введення ферментів шляху канабіноїдів у дріжджі та маніпулювання потоком внутрішніх шляхів, центральних для синтезу канабіноїдів.
Основним компонентом їхнього біосинтетичного підходу було використання плюралітету декількох шляхів та їхніх субстратів жирних кислот для створення аналогів канабісу з різною афінізацією та потужністю для зв'язування з рецепторами.
Обмеження канабісової рослини
Cannabis sativa культивується в усьому світі тисячі років. Дослідження вивчає складові канабісу та їх аналоги, демонструючи їх потенційні лікарські властивості. Однак вивчення та клінічне використання канабіноїдів обмежені юридичними обмеженнями - так само, як і характер канабіноїдів, структурна складність яких унеможливлює оптовий синтез.**
Для подолання цього, синтез в дріжджах представляє собою економічний спосіб виробництва канабіноїдів, оскільки репертуар канабіноїдів може бути розширений та вироблений у більших кількостях.
Використання обманливості обміну речовин у дріжджах
Для досягнення виробництва канабіноїдів у дріжджах, група інженерів створила біосинтетичний шлях. Це почалося з встановлення шляху для початкового проміжного, оліветолової кислоти.
Оліветолова кислота разом з проміжним продуктом мевалонатного шляху, геранілпірофосфатом (GPP), є передкурсорами каннабігеролової кислоти (CBGA). CBGA - це основний канабіноїд, з якого виникають інші. Цю конверсію виконує геранілпірофосфат:оліветолат геранілтрансфераза (GOT). Зокрема, CBGA - передкурсор тетрагідроканнабінолової кислоти (THCA) і каннабідіолової кислоти (CBDA), а також декількох інших їхніх канабіноїдів. GPP виробляли за допомогою введення експресійного касету, що кодує гени Enterococcus faecalis, та перевищення виразності гену власного мевалонатного шляху.
Гексаноїл-CoA, передкурсор оліветолової кислоти, виробляли за допомогою додаткового гетерологічного біосинтетичного шляху за участю генів декількох бактерій та самої коноплі. Альтернативно використовувався гексанова кислота як субстрат для ферменту ендогенного ацилактивуючого ферменту (AAE), який перетворює гексанову кислоту в гексаноїл-CoA.
Подолання труднощів: компенсація відсутності активності GOT в коноплі Keasling et al. не вдалося виявити активність GOT в касеті з коноплі.
Для подолання цього, група ідентифікувала кандидата-пренильтрансферазу з коноплі, яка проявляла активність GOT. Також введено вираз генів, які кодують ферменти для виробництва оліветолової кислоти. Отриманий CBGA подальше трансформували в THCA і CBDA через дію канабіноїдних синтетаз. Після нагрівання THCA і CBDA декарбоксильовували для отримання THC і CBD - основних цікавих канабіноїдів.
Розширення хімічного простору канабіноїдів.
Як тільки внутрішні канабіноїдні шляхи були розширені, Keasling et al. використали їхню здатність виробляти нестандартні канабіноїди. Серед них - канабіноїди, які не виникають від внутрішніх шляхів, - і можуть бути подальше дериватизовані хімічними групами, розширюючи діапазон можливих аналогів канабіноїдів.
Нестандартні аналоги - це об'єкт активних досліджень, оскільки вони демонструють потенційно більші лікарські властивості. Однією з головних фармакофор, області сполуки, відповідальної за біологічну / фармакологічну взаємодію, є бічний ланцюг THC, оскільки він може модулювати канабіноїдний рецептор.
Група розробила біосинтетичний підхід для виробництва цієї форми аналога канабіноїда; для цього вони використали обманливість обміну речовин у дріжджах та природу предкурсорів жирних кислот. Група визначила, що функцію фармакофори можна додатково змінити післяферментовими модифікаціями, що призводить до бічних ланцюгів, які важко отримати прямим введенням. Проведено концептуальні докази PTM, що призвели до ряду продуктів, що демонструють розширення хімічного простору, доступного для модифікації.
Загальний ефект полягав в нахилі шляхів до передкурсорів і, в кінці кінців, аналогів THCA. Це продемонструвало гнучкість шляхів, яка дозволяє отримати більш різноманітні нові канабіноїди, які можуть бути подальше модифіковані хімічно після виробництва, що збільшує пул кандидатів на створення потенційно клінічно використовуваних формул.
Нові канабіноїди обіцяють несподіване медичне використання
Опублікована робота представляє основу для майбутнього масштабного ферментації канабіноїдів, яка не залежить від культивування коноплі. Здатність контролювати потік через ці інженерні шляхи та розширити репертуар канабіноїдів обіцяє засіб виробляти новіші та оптимізовані ліки.
Написати коментар