利用酵母低成本地合成高質量的大麻素及其類似物

大麻（Cannabis sativa L.）因其藥用價值已在全球種植和使用了數千年。一些大麻素（cannabinoid）---大麻的特征性成分---及其類似物因其潛在的醫學用途而被廣泛研究。某些大麻素制劑已被批準作為一些國家的處方藥用于治療一系列人類疾病。然而，大麻素的研究和藥物使用因對大麻的法律限制、幾十種已知的大麻素在植物中的較低豐度及其結構復雜性而受到阻礙。

在一項新的研究中，來自美國加州大學伯克利分校和勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員報道了在釀酒酵母中利用簡單的半乳糖對主要的大麻素---大麻萜酚酸（cannabigerolic acid）、Δ9-四氫大麻酚酸（Δ9-tetrahydrocannabinolic acid）、大麻二醇酸（cannabidiolic acid）、Δ9-四氫次大麻酚酸（Δ9-tetrahydrocannabivarinic acid）和次大麻酚酸（cannabidivarinic acid）進行完全生物合成。相關研究結果發表在2019年3月7日的Nature期刊上，論文標題為“Complete biosynthesis of cannabinoids and their unnatural analogues in yeast”。

為了實現這一點，這些研究人員對天然的甲羥戊酸途徑進行改造來提供高通量的香葉基焦磷酸（geranyl pyrophosphate），并引入了一種多生物來源的己酰基-CoA生物合成途徑。他們還引入了編碼參與二羥基戊基苯甲酸（olivetolic acid）生物合成的酶的大麻基因，以及編碼一個之前未發現的具有香葉基焦磷酸:二羥基戊基苯甲酸香葉基轉移酶（geranylpyrophosphate:olivetolate geranyltransferase）活性的酶的基因和編碼相應的大麻素合酶的基因。

此外，這些研究人員建立了一種利用幾個途徑基因的多功能性產生大麻素類似物的生物合成方法。讓他們進行基因改造的釀酒酵母菌株攝入不同的脂肪酸可產生經過修飾的大麻素類似物，這種修飾可改變它們的受體結合親和力和效力。他們還證實他們的生物系統可以通過簡單的合成化學來進行補充，從而進一步擴大可獲得的化學物空間。

總之，這項研究為產生天然的和非天然的大麻素提供了一個平臺，這將允許對這些大麻素進行更嚴格的研究，并可能用于開發針對各種人類健康問題的治療方法。