gần
Khoa học

Siêu tế bào phân cực tạo ra các chất chuyển hóa chuyên biệt trong trichomes cần sa

Các nhà nghiên cứu xác định các cơ chế hiệu quả cao được sử dụng bởi các tế bào cần sa để tạo ra cannabinoids

Lần đầu tiên, các nhà sinh học đã xác định được "thủ thuật" năng suất cao mà các tế bào cần sa sử dụng để tạo ra chất cannabinoids (THC / CBD). Mặc dù nhiều công ty công nghệ sinh học hiện đang cố gắng tạo ra THC / CBD bên ngoài thực vật, trong nấm men hoặc nuôi cấy tế bào, vẫn chưa rõ thực vật thực hiện điều này một cách tự nhiên như thế nào.

Trong nhiều thế kỷ, con người đã trồng cần sa vì các đặc tính dược lý sinh ra từ việc tiêu thụ các chất chuyển hóa chuyên biệt của nó, chủ yếu là cannabinoids và terpenoids. Ngày nay, cần sa là một ngành công nghiệp trị giá hàng tỷ đô la mà sự tồn tại của nó dựa vào hoạt động sinh học của các cụm tế bào nhỏ, được gọi là trichomes tuyến, được tìm thấy chủ yếu trên hoa.

Trichomes tuyến cần sa làm thay đổi hình thái và hàm lượng chất chuyển hóa trong quá trình trưởng thành của hoa

Cannabinoids là chất độc đối với tế bào cần sa, và người ta vẫn chưa biết cách tế bào của cần sa trichomes có thể sản xuất và tiết ra một lượng lớn chất chuyển hóa ưa béo. Để giải quyết lỗ hổng kiến ​​thức này, chúng tôi đã nghiên cứu các trichomes tuyến cần sa bằng cách sử dụng phương pháp đông lạnh cực nhanh, kính hiển vi điện tử định lượng và dán nhãn vàng cho các enzym chuyển hóa đường cannabinoid.

Nghiên cứu chứng minh rằng các tế bào Cần sa hoạt động về mặt trao đổi chất tạo thành một 'siêu tế bào', với các cầu nối tế bào chất rộng khắp thành tế bào và phân phối cực của các bào quan tiếp giáp với bề mặt đỉnh là nơi tiết ra các chất trao đổi chất. Vai trò trao đổi chất được dự đoán của các plastid không quang hợp được hỗ trợ bởi mạng lưới màng bất thường ở plastid và vị trí bắt đầu của con đường cannabinoid / terpene trong stroma plastid. Các vị trí tiếp xúc màng phong phú liên kết các nhân cận tinh thể của plastid với vỏ plastid, plastid với lưới nội chất (ER), và ER với màng sinh chất.

Bước cuối cùng trong quá trình sinh tổng hợp cannabinoid, được xúc tác bởi tetrahydrocannabinolic acid synthase (THCAS), được khu trú trong thành bề mặt tế bào, đối diện với khoang chứa ngoại bào. Chúng tôi đề xuất một mô hình mới về cách các tế bào cần sa có thể duy trì sản xuất chất chuyển hóa dồi dào, nhấn mạnh vai trò quan trọng của các vị trí tiếp xúc màng và sinh tổng hợp THCA ngoại bào. Mô hình mới này có thể cung cấp các phương pháp tiếp cận sinh học tổng hợp để sản xuất cannabinoid trong men hoặc tế bào nuôi cấy.

Tiến sĩ Sam Livingston, nhà thực vật học tại Đại học Anh cho biết: “Nó thực sự giúp chúng tôi hiểu làm thế nào mà các tế bào trichome của cần sa có thể tạo ra một lượng lớn tetrahydrocannabinol (THC) và tecpen - những hợp chất gây độc cho tế bào thực vật - mà không gây ngộ độc cho chính chúng. Columbia, người dẫn đầu cuộc nghiên cứu.

Trong nhiều thập kỷ, con người đã trồng cần sa vì các đặc tính dược lý sinh ra từ việc tiêu thụ các chất chuyển hóa chuyên biệt của nó, chủ yếu là CBD và terpenoit. Ngày nay, sản lượng của thị trường cần sa toàn cầu trị giá 20 tỷ đô la chủ yếu dựa vào hoạt động sinh học của các cụm tế bào nhỏ li ti, được gọi là trichomes tuyến, được tìm thấy chủ yếu trên hoa của cây.

đọc :  Vai trò của CB2 trong hội chứng đau khu vực phức tạp

Nghiên cứu, được xuất bản trong Hiện tại Sinh học, tiết lộ các môi trường vi mô trong đó THC được sản xuất và vận chuyển trong các trichomes cần sa, và làm sáng tỏ một số điểm quan trọng trong con đường sản xuất THC hoặc CBD trong tế bào.

Tiến sĩ Livingston và đồng tác giả, Tiến sĩ Lacey Samuels đã sử dụng phương pháp đông lạnh nhanh các trichomes tuyến cần sa để cố định cấu trúc tế bào thực vật và các chất chuyển hóa tại chỗ. Do đó, họ có thể nghiên cứu các bộ ba tuyến của cần sa bằng kính hiển vi điện tử cho thấy cấu trúc tế bào ở cấp độ nano, cho thấy rằng các tế bào hoạt động chuyển hóa của cần sa tạo thành một "siêu tế bào" hoạt động như một chất sinh học trao đổi chất nhỏ.

Cho đến nay, các phương pháp tiếp cận sinh học tổng hợp đều tập trung vào việc tối ưu hóa các enzym chịu trách nhiệm tạo ra THC / CBD - giống như việc xây dựng một nhà máy với máy móc hiệu quả nhất để tạo ra nhiều sản phẩm nhất có thể. Tuy nhiên, các phương pháp tiếp cận này chưa phát triển một cách hiệu quả để di chuyển các chất trung gian từ enzym này sang enzym khác, hoặc từ bên trong tế bào ra bên ngoài tế bào, nơi có thể thu nhận các sản phẩm cuối cùng. Nghiên cứu này giúp xác định các "tuyến đường vận chuyển" dưới tế bào mà cần sa sử dụng để tạo ra một đường ống hiệu quả từ nguyên liệu thô đến sản phẩm cuối cùng mà không tích tụ chất độc hoặc chất thải.

đọc :  Cần sa "sát thủ" của những giấc mơ?

Tiến sĩ Samuels, nhà sinh vật học tế bào thực vật tại UBC cho biết: “Trong hơn 40 năm, mọi thứ chúng tôi nghĩ về tế bào cần sa đều không chính xác vì nó dựa trên kính hiển vi điện tử có niên đại. “Công việc này xác định cách các tế bào cần sa tạo ra sản phẩm của chúng. Đây là một sự thay đổi mô hình sau nhiều năm, tạo ra một tầm nhìn mới về sản xuất cannabinoid. Công việc này gặp nhiều khó khăn, một phần vì luật pháp cấm và cũng vì không có quy trình chuyển đổi gen cần sa nào được công bố. »

Hôm nay chúng ta biết rằng:

  • Tế bào tuyến tạo thành hợp bào phân cực trong quá trình sản xuất và tiết THCA.
  • GPPS được bản địa hóa trong các plastids có chứa các hợp nhất màng dễ thấy.
  • THCAS khu trú độc quyền trên bề mặt ngoại bào của trichomes.
  • Các tiếp điểm màng giữa plastids, ER và PM là nguồn gốc của một mẫu lưu lượng mới.

Mô hình mới này có thể cung cấp các phương pháp tiếp cận sinh học tổng hợp để sản xuất cannabinoid trong nấm men, vốn thường được sử dụng trong công nghệ sinh học. Nếu không có những “hack” này, họ sẽ không bao giờ đạt được sản xuất hiệu quả.


tags: di truyềntìm kiếmsợi tổng hợpterpenetrichome
weedmaster

Tác giả weedmaster

Phát thanh viên và quản lý truyền thông chuyên về cần sa hợp pháp. Bạn có biết họ nói gì không? kiên thức là sức mạnh. Hiểu khoa học đằng sau y học cần sa, đồng thời cập nhật các nghiên cứu, phương pháp điều trị và sản phẩm mới nhất liên quan đến sức khỏe. Luôn cập nhật những tin tức và ý tưởng mới nhất về hợp pháp hóa, luật pháp, các phong trào chính trị. Khám phá các mẹo, thủ thuật và hướng dẫn cách làm từ những người trồng cần sa dày dạn kinh nghiệm nhất trên hành tinh cũng như các nghiên cứu và phát hiện mới nhất từ ​​cộng đồng khoa học về phẩm chất y tế của cần sa.