stäng
Vetenskap

Polariserad supercell producerar specialiserade metaboliter i cannabistrikomer

Forskare identifierar högeffektiva mekanismer som används av cannabisceller för att göra cannabinoider

För första gången har biologer definierat de högavkastande "tricks" som cannabisceller använder för att göra cannabinoider (THC/CBD). Även om många bioteknikföretag för närvarande försöker göra THC/CBD utanför växten, i jäst- eller cellkulturer, är det fortfarande oklart hur växten gör detta naturligt.

I århundraden har människor odlat cannabis för de farmakologiska egenskaper som är resultatet av konsumtionen av dess specialiserade metaboliter, främst cannabinoider och terpenoider. Idag är cannabis en mångmiljardindustri vars existens är beroende av den biologiska aktiviteten hos små cellkluster, kallade körteltrikomer, som främst finns på blommor.

Cannabiskörteltrikomer förändrar morfologi och metabolitinnehåll under blommognaden

Cannabinoider är giftiga för cannabisceller, och det är inte känt hur cellerna av cannabis trikomer kan producera och utsöndra enorma mängder lipofila metaboliter. För att komma till rätta med denna kunskapslucka studerade vi cannabiskörteltrikomer med hjälp av ultrasnabb kryofixering, kvantitativ elektronmikroskopi och guldmärkning av cannabinoidvägsenzymer.

Studie visar att metaboliskt aktiva cannabisceller bildar en "supercell", med omfattande cytoplasmatiska broar över cellväggar och en polär fördelning av organeller intill den apikala ytan där metaboliterna utsöndras. Den förutsagda metaboliska rollen för icke-fotosyntetiska plastider stöds av ovanliga membrannätverk i plastider och platsen för starten av cannabinoid/terpenvägen i plastidstroma. Rikliga membrankontaktställen förbinder plastidernas parakristallina kärnor till plastidhöljet, plastiderna till det endoplasmatiska retikulumet (ER) och ER till plasmamembranet.

Det sista steget i cannabinoidbiosyntesen, katalyserad av tetrahydrocannabinolsyrasyntas (THCAS), lokaliserades i cellytväggen, mittemot den extracellulära lagringshålan. Vi föreslår en ny modell för hur cannabisceller kan upprätthålla riklig metabolitproduktion, och betonar nyckelrollen för membrankontaktplatser och extracellulär THCA-biosyntes. Denna nya modell kan ge information om syntetiska biologiska tillvägagångssätt för cannabinoidproduktion i jäst- eller cellkulturer.

"Det hjälper oss verkligen att förstå hur cannabistrichomceller kan producera enorma mängder tetrahydrocannabinol (THC) och terpener - föreningar som är giftiga för växtceller i stora mängder - utan att förgifta sig själva. sa Dr. Sam Livingston, botaniker vid University of British Columbia, som ledde forskningen.

I årtionden har människor odlat cannabis för de farmakologiska egenskaper som är resultatet av konsumtionen av dess specialiserade metaboliter, främst CBD och terpenoider. Idag är produktionen av den globala cannabismarknaden på 20 miljarder dollar starkt beroende av den biologiska aktiviteten hos små klumpar av celler, kallade körteltrikomer, som främst finns på växtens blommor.

att läsa :  CB2: s roll vid komplicerat regionalt smärtsyndrom

Studien, publicerad i Current Biology, avslöjar mikromiljöerna i vilka THC produceras och transporteras i cannabistrikomer, och belyser flera kritiska punkter i vägen för THC- eller CBD-tillverkning i cellen.

Dr. Livingston och medförfattare Dr. Lacey Samuels använde snabb frysning av cannabiskörteltrikomer för att immobilisera växtcellulära strukturer och metaboliter in situ. De kunde alltså studera cannabis körteltrikomer med hjälp av elektronmikroskop som avslöjade cellstrukturen på nanoskala, vilket visade att de metaboliskt aktiva cellerna i cannabis bildar en "supercell" som fungerar som en liten metabolisk biofabrik.

Fram till nu har syntetbiologiska tillvägagångssätt fokuserat på att optimera enzymerna som är ansvariga för att tillverka THC/CBD – som att bygga en fabrik med det mest effektiva maskineriet för att tillverka så många produkter som möjligt. Dessa tillvägagångssätt har dock inte utvecklat ett effektivt sätt att flytta mellansubstanser från ett enzym till ett annat, eller från insidan av cellen till utanför cellen där slutprodukterna kan samlas in. Denna forskning hjälper till att definiera de subcellulära "sändningsvägarna" som cannabis använder för att skapa en effektiv pipeline från råvaror till slutprodukter utan att ackumulera gifter eller avfall.

att läsa :  Cannabis "mördare" drömmar?

"I mer än 40 år var allt vi tänkte om cannabisceller felaktigt eftersom det var baserat på daterad elektronmikroskopi", säger Dr Samuels, växtcellsbiolog vid UBC. "Detta arbete definierar hur cannabisceller gör sin produkt. Detta är ett paradigmskifte efter många år, som producerar en ny vision av cannabinoidproduktion. Detta arbete har varit svårt, dels på grund av det lagliga förbudet och även på grund av att inget protokoll för genetisk transformation av cannabis har publicerats. »

Idag vet vi att:

  • Körtelceller bildar ett polariserat syncytium under produktion och utsöndring av THCA.
  • GPPS är lokaliserat i plastider som innehåller iögonfallande membranfusioner.
  • THCAS är lokaliserat uteslutande på den extracellulära ytan av trikomer.
  • Membrankontakter mellan plastider, ER och PM är orsaken till ett nytt trafikmönster.

Denna nya modell kan ge information om syntetiska biologiska tillvägagångssätt för cannabinoidproduktion i jäst, som vanligtvis används inom bioteknik. Utan dessa "hack" kommer de aldrig att uppnå effektiv produktion.


Tags: genetisksöksyntetiskterpentrichome
weedmaster

Författaren weedmaster

Mediesändare och kommunikationschef som specialiserat sig på legal cannabis. Vet du vad de säger? kunskap är makt. Förstå vetenskapen bakom cannabismedicin, samtidigt som du håller dig uppdaterad med den senaste hälsorelaterade forskningen, behandlingarna och produkterna. Håll dig uppdaterad med de senaste nyheterna och idéerna om legalisering, lagar, politiska rörelser. Upptäck tips, tricks och instruktionsguider från de mest erfarna odlarna på planeten samt den senaste forskningen och resultaten från det vetenskapliga samfundet om cannabis medicinska egenskaper.