Tyrėjai nustato didelio efektyvumo mechanizmus, kuriuos kanapių ląstelės naudoja kanabinoidams gaminti
Pirmą kartą biologai apibrėžė didelio derlingumo „gudrybes“, kurias kanapių ląstelės naudoja kanabinoidams (THC/CBD) gaminti. Nors daugelis biotechnologijų įmonių šiuo metu bando gaminti THC/CBD ne augale, mielėse ar ląstelių kultūrose, vis dar neaišku, kaip augalas tai daro natūraliai.
Šimtmečius žmonės kultivavo kanapes dėl farmakologinių savybių, atsirandančių dėl jų specializuotų metabolitų, pirmiausia kanabinoidų ir terpenoidų, vartojimo. Šiandien kanapių pramonė yra kelių milijardų dolerių vertės pramonė, kurios egzistavimas priklauso nuo mažyčių ląstelių sankaupų, vadinamų liaukinėmis trichomomis, kurios daugiausia randamos gėlėse, biologiniu aktyvumu.
Kanapių liaukų trichomos keičia morfologiją ir metabolitų kiekį žiedų brendimo metu
Kanabinoidai yra toksiški kanapių ląstelėms, ir nėra žinoma, kaip kanapių ląstelės trichomos gali gaminti ir išskirti didžiulius kiekius lipofiliniai metabolitai. Norėdami išspręsti šią žinių spragą, ištyrėme kanapių liaukų trichomus, naudodami itin greitą kriofiksaciją, kiekybinę elektronų mikroskopiją ir kanabinoidų kelio fermentų ženklinimą auksu.
Tyrimas rodo, kad metaboliškai aktyvios kanapių ląstelės sudaro „superląstelę“, turinčią plačius citoplazminius tiltelius per ląstelių sieneles ir polinis pasiskirstymas organelių, esančių šalia viršūninio paviršiaus, kur išskiriami metabolitai. Numatomą nefotosintetinių plastidų metabolinį vaidmenį patvirtina neįprasti plastidų membranų tinklai ir kanabinoidų / terpeno kelio pradžios vieta plastidų stromoje. Gausios membranos sąlyčio vietos jungia plastidų parakristalinius branduolius su plastidų apvalkalu, plastidus su endoplazminiu tinklu (ER), o ER – su plazmos membrana.
Paskutinis kanabinoidų biosintezės etapas, katalizuojamas tetrahidrokanabinolio rūgšties sintazės (THCAS), buvo lokalizuotas ląstelės paviršiaus sienelėje, priešais tarpląstelinę saugojimo ertmę. Mes siūlome naują modelį, kaip kanapių ląstelės gali palaikyti gausų metabolitų gamybą, pabrėždami pagrindinį membranos kontaktinių vietų ir tarpląstelinės THCA biosintezės vaidmenį. Šis naujas modelis gali informuoti apie sintetinės biologijos metodus kanabinoidų gamybai mielėse ar ląstelių kultūrose.
„Tai tikrai padeda mums suprasti, kaip kanapių trichomo ląstelės gali gaminti didžiulius kiekius tetrahidrokanabinolio (THC) ir terpenų – junginių, kurie dideliais kiekiais yra toksiški augalų ląstelėms – neapnuodijant savęs“, – sakė Britų universiteto botanikas daktaras Samas Livingstonas. Kolumbija, kuri vadovavo tyrimui.
Dešimtmečius žmonės kultivuoja kanapes dėl farmakologinių savybių, atsirandančių dėl jų specializuotų metabolitų, visų pirma CBD ir terpenoidų, vartojimo. Šiandien 20 milijardų dolerių vertės pasaulinės kanapių rinkos gamyba labai priklauso nuo mažyčių ląstelių gumulėlių, vadinamų liaukinėmis trichomomis, kurios daugiausia randamos augalo žieduose, biologinio aktyvumo.
Tyrimas, paskelbtas m "Current Biology", atskleidžia mikroaplinką, kurioje THC gaminamas ir transportuojamas kanapių trichomose, ir atskleidžia keletą kritinių taškų THC arba CBD gamybos ląstelėje.
Livingstonas ir bendraautorius dr. Lacey Samuels panaudojo greitą kanapių liaukų trichomų užšaldymą, kad imobilizuotų augalų ląstelių struktūras ir metabolitus in situ. Taigi jie galėjo ištirti kanapių liaukinius trichomus, naudodami elektroninius mikroskopus, kurie atskleidė ląstelių struktūrą nanoskalėje, parodydami, kad metaboliškai aktyvios kanapių ląstelės sudaro „superląstelę“, kuri veikia kaip mažytė metabolinė biofabrika.
Iki šiol sintetinės biologijos metodai buvo orientuoti į fermentų, atsakingų už THC/CBD gamybą, optimizavimą – pavyzdžiui, statant gamyklą su efektyviausiomis mašinomis, kad būtų galima pagaminti kuo daugiau produktų. Tačiau šie metodai nesukūrė veiksmingo būdo perkelti tarpines medžiagas iš vieno fermento į kitą arba iš ląstelės vidaus į ląstelės išorę, kur būtų galima surinkti galutinius produktus. Šis tyrimas padeda apibrėžti tarpląstelinius „gabenimo maršrutus“, kuriuos kanapės naudoja kurdamos efektyvų vamzdyną nuo žaliavų iki galutinių produktų, nesikaupdamos toksinų ar atliekų.
„Daugiau nei 40 metų viskas, ką galvojome apie kanapių ląsteles, buvo netikslu, nes tai buvo pagrįsta pasenusia elektronine mikroskopija“, – sako UBC augalų ląstelių biologas dr. Samuelsas. „Šis darbas apibrėžia, kaip kanapių ląstelės gamina savo produktą. Tai yra paradigmos pokytis po daugelio metų, sukuriantis naują kanabinoidų gamybos viziją. Šis darbas buvo sunkus, iš dalies dėl teisinio draudimo ir dėl to, kad nebuvo paskelbtas kanapių genetinės transformacijos protokolas. »
Šiandien mes žinome, kad:
- THCA gamybos ir sekrecijos metu liaukų ląstelės sudaro poliarizuotą sincitą.
- GPPS yra lokalizuotas plastiduose, kuriuose yra pastebimų membranų susiliejimo.
- THCAS yra lokalizuotas tik tarpląsteliniame trichomų paviršiuje.
- Membraniniai kontaktai tarp plastidų, ER ir PM yra naujo eismo modelio priežastis.
Šis naujas modelis gali informuoti apie sintetinės biologijos metodus kanabinoidų gamybai mielėse, kurios dažniausiai naudojamos biotechnologijoje. Be šių „įsilaužimų“ jie niekada nepasieks efektyvios gamybos.
