酵母生产低成本 高品质的大麻素

加利福尼亚大学伯克利分校的合成生物学家设计了啤酒酵母，以生产大麻的主要成分 - 改变思维的THC和非精神活性的CBD-以及植物本身未发现的新型大麻素。只喂食糖，酵母是一种简单而廉价的方法来生产纯大麻素，如今从大麻植物大麻的芽中提取出来的代价很高。

“对于消费者来说，好处是高质量，低成本的CBD和THC：你可以得到你想要的酵母，”加州大学伯克利分校化学和生物分子工程和生物工程教授，以及一位教师科学家Jay Keasling说。劳伦斯伯克利国家实验室。“这是一种更安全，更环保的生产大麻素的方法。”

大麻及其提取物，包括高诱导性四氢大麻酚或四氢大麻酚，现在在10个州和哥伦比亚特区是合法的，而娱乐性大麻 - 烟熏，空腹或作为食物消费 - 在全国范围内是一项数十亿美元的业务。美国食品和药物管理局已经批准含有THC的药物，以减少化疗后的恶心，并改善艾滋病患者的食欲。

CBD或大麻二醇越来越多地用于化妆品 - 所谓的药妆品 - 并且已被批准用于治疗儿童癫痫发作。它正在被研究用于治疗多种疾病，包括焦虑症，帕金森病和慢性疼痛。

但是对大麻中100多种其他化学物质的医学研究一直很困难，因为化学物质的含量很少，很难从植物中提取。廉价，纯净的来源 - 如酵母 - 可以使这些研究更容易。

此外，他补充说，“基于新型大麻素的新疗法的可能性：几乎不可能从植物中获得的稀有大麻素，或者从植物中无法获得的非天然大麻素。”

伯克利的Philomathia替代能源基金会主席Keasling及其同事将于2月27日在Nature杂志上发表他们的报告。

将化学途径插入酵母中

大麻素加入了许多其他现在在酵母中生产的化学物质和药物，包括人体生长激素，胰岛素，血液凝固因子，以及最近市场上还没有的吗啡和其他阿片类药物。

作为合成生物学的先驱之一，Keasling长期以来一直寻求将酵母和细菌作为“绿色”药物工厂，消除化学工业中常见的昂贵的合成或萃取过程以及经常有毒或对环境有害的化学副产品。

大麻种植是能源密集型和环境破坏性产业的一个主要例子。加利福尼亚西北部的农场污染了农药和肥料径流，并帮助排放流域，因为大麻植物需要大量的水。非法的种植导致了明显的侵蚀和侵蚀。

在通风扇下生长灯的室内栽培使用了大量的能源，占每年电力消耗的比例越来越大。一项研究估计，加州的大麻产业占该州用电量的3%。室内生长导致一些城市停电，能源消耗可以使一磅杂草的价格增加1000美元以上。

因此，Keasling有兴趣找到一种“绿色”方式来生产大麻中的活性化学物质。

“这是一项有趣的科学挑战，”他承认，这与他和他的团队在酵母中成功克服的其他挑战类似：生产抗疟药物，青蒿素; 将植物废物转化为生物燃料; 合成食品和化妆品行业的香精和香料以及制造新材料的化学中间体。“但是当你读到患有癫痫发作并得到CBD帮助的患者的病例，特别是儿童时，你会发现这些分子有一些价值，而在酵母中生产大麻素真的很棒。”

根据美国缉毒局的批准和监督 - 根据联邦法律，大麻仍然是非法的 - 伯克利博士后小罗和参与该项目的研究生迈克尔雷特开始在酵母中组装一系列化学步骤来生产，最初是所有大麻素的母亲，CBGA(cannabigerolic acid)。在大麻和酵母中，化学反应涉及化合物的酸形式：CBGA及其衍生物，THCA和CBDA。当暴露在光和热下时，它们很容易转化为CBG，THC和CBD。

将酵母变成化学工厂需要选择它们的新陈代谢，以便不用将糖转化为酒精，例如，酵母将糖转化为其他化学物质，然后通过添加酶进行改性以产生新产品，例如THC，即酵母分泌到它们周围的液体中。研究人员最终在酵母中插入了十几个基因，其中许多是大麻植物用来合成大麻素的基因拷贝。

然而，一步证明是Keasling集团和竞争团体的障碍：在大麻植物中制造CBGA 的关键化学步骤的酶在酵母中不起作用。

Berkeley博士后Leo d'Espaux和研究生Jeff Wong不再设计不同的合成途径，而是回到植物本身并分离出第二种酶，异戊二烯转移酶，它做同样的事情，并将其粘在酵母中。

“这就像流氓一样，”凯斯林说。

一旦他们有酵母生产CBGA，他们添加另一种酶将CBGA转化为THCA和一种不同的酶，以创建通往CBDA的途径。Keasling说，尽管酵母生产的产品主要是THC或CBD，但每种产品仍必须与其他少量存在的化学品分开。

他们还添加了酵素，使酵母产生另外两种天然大麻素，CBDV(大麻二呋喃)和THCV(四氢大麻素)，其效果尚不清楚。

令人惊讶的是，小州和迈克尔发现，在酵母中制作CBGA所涉及的酶促步骤足够灵活，可以接受各种起始化学品 - 不同的脂肪酸代替大麻植物使用的脂肪酸，己酸 - 产生大麻素而不是大麻素存在于植物本身。他们还让酵母将化学物质加入到大麻素中，以后可以在实验室中进行化学改变，从而创造了另一种生产前所未有但可能具有医学用途的大麻素的途径。

Keasling随后成立了加利福尼亚州Emeryville的公司Demetrix Inc.，后来Espaux和Wong加入该公司，该公司授权Berkeley的技术使用酵母发酵来制造大麻素。

“经济学看起来非常好，”基斯林说。“成本具有竞争力或优于植物衍生的大麻素。制造商不必担心污染 - 例如，CBD中的THC会让你感到高涨。”