dichtbij
Wetenschap

Gepolariseerde supercel produceert gespecialiseerde metabolieten in trichomen van cannabis

Onderzoekers identificeren zeer efficiënte mechanismen die door cannabiscellen worden gebruikt om cannabinoïden te maken

Voor het eerst hebben biologen de "trucs" met een hoog rendement gedefinieerd die cannabiscellen gebruiken om cannabinoïden (THC/CBD) te maken. Hoewel veel biotechbedrijven momenteel proberen om THC/CBD buiten de plant, in gist of celculturen te maken, is het nog onduidelijk hoe de plant dit van nature doet.

Eeuwenlang hebben mensen cannabis gekweekt vanwege de farmacologische eigenschappen die het gevolg zijn van de consumptie van de gespecialiseerde metabolieten, voornamelijk cannabinoïden en terpenoïden. Tegenwoordig is cannabis een miljardenindustrie waarvan het bestaan ​​afhankelijk is van de biologische activiteit van kleine celclusters, glandulaire trichomen genaamd, die voornamelijk op bloemen worden aangetroffen.

Cannabis glandulaire trichomen veranderen de morfologie en het metabolietgehalte tijdens de rijping van de bloem

Cannabinoïden zijn giftig voor cannabiscellen en het is niet bekend hoe de cellen van cannabis trichomen kunnen enorme hoeveelheden produceren en afscheiden lipofiele metabolieten. Om deze kenniskloof te dichten, hebben we de trichomen van cannabisklieren bestudeerd met behulp van ultrasnelle cryofixatie, kwantitatieve elektronenmicroscopie en gouden labeling van cannabinoïde-pathway-enzymen.

Onderzoek toont aan dat metabolisch actieve cannabiscellen een 'supercel' vormen, met uitgebreide cytoplasmatische bruggen over celwanden en een polaire verdeling van organellen grenzend aan het apicale oppervlak waar de metabolieten worden uitgescheiden. De voorspelde metabolische rol van niet-fotosynthetische plastiden wordt ondersteund door ongebruikelijke membraannetwerken in plastiden en de locatie van het begin van de cannabinoïde/terpeenroute in het plastide-stroma. Overvloedige membraancontactplaatsen verbinden de parakristallijne kernen van de plastiden met de plastide-envelop, de plastiden met het endoplasmatisch reticulum (ER) en het ER met het plasmamembraan.

De laatste stap in de biosynthese van cannabinoïden, gekatalyseerd door tetrahydrocannabinolzuursynthase (THCAS), was gelokaliseerd in de celoppervlakwand, tegenover de extracellulaire opslagholte. We stellen een nieuw model voor van hoe cannabiscellen een overvloedige productie van metabolieten kunnen ondersteunen, met de nadruk op de sleutelrol van membraancontactplaatsen en extracellulaire THCA-biosynthese. Dit nieuwe model kan synthetische biologische benaderingen voor de productie van cannabinoïden in gist- of celculturen informeren.

"Het helpt ons echt te begrijpen hoe cannabis-trichoomcellen enorme hoeveelheden tetrahydrocannabinol (THC) en terpenen kunnen produceren - verbindingen die in grote hoeveelheden giftig zijn voor plantencellen - zonder zichzelf te vergiftigen. zei Dr. Sam Livingston, een botanicus aan de University of British Columbia, die het onderzoek leidde.

Decennialang hebben mensen cannabis gekweekt vanwege de farmacologische eigenschappen die het gevolg zijn van de consumptie van zijn gespecialiseerde metabolieten, voornamelijk CBD en terpenoïden. Tegenwoordig is de productie van de wereldwijde cannabismarkt van $ 20 miljard sterk afhankelijk van de biologische activiteit van kleine klompjes cellen, glandulaire trichomen genaamd, die voornamelijk op de bloemen van de plant te vinden zijn.

lezen :  De minst bekende terpenen van cannabis

De studie, gepubliceerd in Current Biology, onthult de micro-omgevingen waarin THC wordt geproduceerd en getransporteerd in cannabistrichomen, en werpt licht op verschillende kritieke punten in het pad van THC- of CBD-productie in de cel.

Dr. Livingston en co-auteur Dr. Lacey Samuels gebruikten snelle bevriezing van de klieren van cannabis trichomen om cellulaire structuren en metabolieten van planten in situ te immobiliseren. Ze waren dus in staat om de glandulaire trichomen van cannabis te bestuderen met behulp van elektronenmicroscopen die de celstructuur op nanoschaal onthulden, wat aantoonde dat de metabolisch actieve cellen van cannabis een "supercel" vormen die fungeert als een kleine metabolische biofabriek.

Tot nu toe waren de benaderingen van synthetische biologie gericht op het optimaliseren van de enzymen die verantwoordelijk zijn voor het maken van THC/CBD, zoals het bouwen van een fabriek met de meest efficiënte machines om zoveel mogelijk producten te maken. Deze benaderingen hebben echter geen efficiënte manier ontwikkeld om intermediaire stoffen van het ene enzym naar het andere te verplaatsen, of van binnen de cel naar buiten de cel waar de eindproducten kunnen worden verzameld. Dit onderzoek helpt bij het definiëren van de subcellulaire 'transportroutes' die cannabis gebruikt om een ​​efficiënte pijplijn van grondstoffen tot eindproducten te creëren zonder ophoping van gifstoffen of afval.

lezen :  Genetische analyse van cannabis werpt licht op beter beleid

"Meer dan 40 jaar lang was alles wat we dachten over cannabiscellen onnauwkeurig omdat het gebaseerd was op gedateerde elektronenmicroscopie", zegt Dr. Samuels, plantencelbioloog bij UBC. “Dit werk definieert hoe cannabiscellen hun product maken. Dit is een paradigmaverschuiving na vele jaren, waardoor een nieuwe visie op de productie van cannabinoïden is ontstaan. Dit werk was moeilijk, deels vanwege het wettelijke verbod en ook omdat er geen protocol voor genetische transformatie van cannabis is gepubliceerd. »

Tegenwoordig weten we dat:

  • Kliercellen vormen een gepolariseerd syncytium tijdens de productie en secretie van THCA.
  • GPPS is gelokaliseerd in plastiden die opvallende membraanfusies bevatten.
  • THCAS is uitsluitend gelokaliseerd op het extracellulaire oppervlak van trichomen.
  • Membraancontacten tussen plastiden, ER en PM liggen aan de basis van een nieuw verkeerspatroon.

Dit nieuwe model kan synthetische biologische benaderingen informeren voor de productie van cannabinoïden in gist, die vaak wordt gebruikt in de biotechnologie. Zonder deze "hacks" zullen ze nooit een efficiënte productie bereiken.


Tags: GénétiqueOnderzoeksynthetischterpeentrichoom
Weedmaster

De auteur Weedmaster

Media-omroep en communicatiemanager gespecialiseerd in legale cannabis. Weet je wat ze zeggen? kennis is macht. Begrijp de wetenschap achter cannabisgeneeskunde en blijf op de hoogte van de nieuwste gezondheidsgerelateerde onderzoeken, behandelingen en producten. Blijf op de hoogte van het laatste nieuws en ideeën over legalisatie, wetten, politieke bewegingen. Ontdek tips, trucs en handleidingen van de meest doorgewinterde telers ter wereld, inclusief het laatste onderzoek en bevindingen van de wetenschappelijke gemeenschap over de medicinale kwaliteiten van cannabis.