加州大學科學家用基因工程酵母生產大麻主要成分：質優價廉

據澎湃新聞3月1日報道，數千年被人類用來釀酒的酵母，經過改造後現在已經會生產大麻的主要成分——讓人興奮的THC（四氫大麻酚）和非精神活性物質CBD（大麻二酚），以及大麻這種植物天然所不含的一些新型大麻素。

來源均為加州大學伯克利分校

2月27日，國際頂級學術期刊《自然》（Nature）在線發表了美國加州大學伯克利分校的合成生物學家們的最新研究成果。“對消費者來説，好處是高質量、低成本的CBD和THC：你可以從酵母中得到你想要的東西。”加州大學伯克利分校化學和生物分子工程教授、勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的科學家Jay Keasling説， “這是一種更安全、更環保的生產大麻素的方法。”

酵母僅需要糖類，是一種簡單而廉價的生產純大麻素的方法。而傳統的方法，也就是從大麻植物的花蕾中提取純大麻素的成本很高。

此前有研究描述了在酵母中構建部分的大麻素生產線，但沒有完整的過程。這項最新的研究首次“將所有的部分表現完整，而且是在一個細胞內完成，這一點非常棒。”加拿大蒙特利爾Hyasynth Bio公司首席執行官Kevin Chen如此評價，有至少10家公司在跟Hyasynth Bio公司一樣致力於開發能夠生產大麻類的工程酵母、細菌和藻類。

目前，美國食品藥物管理局（FDA）已批准含有THC的藥物用於減少化療後的噁心和改善艾滋病患者的食慾。CBD則被越來越多地用於化妝品，也就是所謂的藥妝品，並已被批准用於治療兒童癲癇發作。它正在作為一種治療包括焦慮、帕金森病和慢性疼痛在內的多種疾病的療法進行研究。

然而，對大麻中100多種其他化學物質的醫學研究一直很困難，這些化學物質的含量通常很低，很難從大麻中提取出來。研究團隊認為，例如酵母這樣更便宜、更純的來源，可以使這類研究更容易。實際上，酵母已經可以生產包括人類生長激素、胰島素、凝血因子等藥物。最近，酵母還可以產生嗎啡和其他阿片類藥物，但目前還沒有上市。

研究團隊修改了釀酒酵母中的幾個基因，並從5種細菌和大麻中引入了其他基因。他們總共進行了16次基因改造，將半乳糖轉化為THC或CBD的非活性形式，隨後加熱這些大麻素將它們轉化為活性物質。研究小組獲得的THC含量約為每升8毫克，CBD含量更低些。

他們還使酵母產生了另外兩種天然大麻素，CBDV (次大麻二酚)和THCV (四氫次大麻酚)，這兩種物質的作用尚不清楚。

令人驚訝的是，研究團隊還能改造他們的酵母菌，將各種脂肪酸轉化成自然界中不存在的大麻素。篩選這些化合物的治療特性是具備可行性的，如果有任何希望都可以申請專利，因為它們不是自然產生的。研究團隊認為，新產生的大麻素可能有助於建立製藥公司的興趣，這些公司此前很少積極探索大麻類藥物。

他們最後總結表示，這些研究結果為大規模生產天然和合成大麻素用作處方藥奠定了基礎，有望增強對這些化合物的藥理學研究。

Keasling強調，“基於新型大麻素的新療法也是有可能的：其中包括很難從植物中獲取的罕見大麻素，以及不可能從植物中獲得的非天然大麻素。”

值得注意的是，目前，大麻及其提取物在美國的10個州及哥倫比亞特區是合法的，而娛樂性大麻——吸煙、蒸發或在食用產品中消費——在美國是一項數十億美元的全國性業務。

Keasling已於2015年在加州成立了Demetrix公司，該公司目前從加州大學伯克利分校使用授權使用酵母產生大麻素的技術。

“經濟前景看起來真的很好。” Keasling説，“成本是有競爭力的，或者説比從植物中提取大麻素的成本更低。生產商也不必擔心過程中產生雜質污染，例如，CBD中的THC，這種物質會讓你感到興奮。”

不過，加州卡爾斯巴德Librede公司的首席執行官Jason Poulos表示，要想與天然植物提取的大麻素競爭，上述大麻素產量至少需要提高100倍。Librede公司擁有從酵母中提取大麻素的工藝的首個專利。

作為合成生物學的先驅之一，Keasling長期以來一直致力於將酵母菌和細菌開發為“綠色”製藥廠，以消除化學工業中常見的昂貴的合成或提取過程，以及通常有毒或有害環境的化學副產品。

Keasling認為，大麻種植是能源密集型和環境破壞型產業的典型例子。美國加州西北部的農場用的殺蟲劑和化肥污染了溪流，非法種植還導致了砍伐。室內種植的通風機和種植燈則需要消耗大量的能源，佔全年電力消耗的比例越來越大。一項研究估計，加州大麻產業佔該州電力使用量的3%，室內種植已經導致一些城市停電。

因此，Keasling對尋找一種“綠色”的方法來生產大麻中的活性化學物質很感興趣。

“這是一項有趣的科學挑戰。”他表示，這與他在酵母領域成功克服的其他挑戰類似。2006年，Keasling培育出世界上第一株生產抗瘧藥物青蒿酸的酵母工程菌。他還通過改造酵母，將植物廢料轉化為生物燃料，為食品和化妝品工業以及製造新材料的化學中間體合成風味和氣味。

“但當你看到一些癲癇患者，尤其是兒童，在使用CBD時獲得一些幫助，你就會意識到這些分子有一定的價值，而在酵母中產生大麻素可能真的很棒。”Keasling表示。