Oamenii de știință au readus la viață enzime de cannabis dispărute și au descoperit originea plantei.

Cannabisul este o plantă remarcabilă, care își „ascunde” o adevărată farmacopee în flori și frunziș. Multe dintre substanțele sale s-au format de-a lungul a milioane de ani ca mecanisme de apărare împotriva dăunătorilor și agenților patogeni, însă oamenii au învățat, în ultimele milenii, să le valorifice și în alte scopuri.

O privire în trecutul cannabisului: originea THC, CBD și CBC

Un studiu recent coboară adânc în istoria cannabisului pentru a înțelege de unde provin, din punct de vedere evolutiv, câțiva dintre cei mai cunoscuți compuși bioactivi ai plantei: tetrahidrocanabinolul (THC), canabidiolul (CBD) și canabicromena (CBC).

Cercetătorii de la Universitatea Wageningen și Cercetare (Țările de Jos) au folosit o metodă numită reconstrucția secvenței ancestrale (ASR) pentru a identifica enzime dispărute de mult, care ar fi produs acești compuși în strămoșii cannabisului. Mai mult, echipa a „readus la viață” aceste enzime ancestrale pentru a le testa efectiv modul de funcționare.

Deși concluziile sunt importante pentru înțelegerea evoluției, ele deschid și direcții concrete de aplicare.

Robin van Velzen, cercetător în biosistematică, subliniază că „aceste enzime ancestrale sunt mai rezistente și mai flexibile decât descendenții lor”, motiv pentru care pot deveni puncte de plecare foarte promițătoare pentru aplicații noi în biotehnologie și în cercetarea farmaceutică.

De la utilizări preistorice la chimia complexă a plantei cannabis

Cannabisul este cultivat din preistorie, fiind folosit ca aliment, pentru fibre textile, în scopuri medicale și recreative. În prezent, știința a arătat că planta poate genera sute de compuși: canabinoizi, terpene, flavonoide și alte fitochimicale, dintre care unele au proprietăți medicinale sau efecte psihoactive distincte.

În acest context, studiul se concentrează pe un grup precis de enzime numite oxidociclaze ale canabinoizilor. Acestea transformă acidul cannabigerolic (CBGA) în diverși alți canabinoizi, fiecare cu efecte bioactive diferite, influențând astfel în mod major potențialul terapeutic al cannabisului.

Cu toate că oxidociclazele canabinoizilor sunt evident esențiale, ele rămân insuficient înțelese. În lipsa unei imagini clare despre istoricul lor evolutiv și despre „mecanica” exactă, autorii au ales să le urmărească originea, refăcând variantele ancestrale dispărute.

Enzimele oxidociclaze ale canabinoizilor din cannabis și ipoteza CBGA

În plantele moderne de cannabis, sinteza THC, CBD și CBC este controlată de trei enzime separate, fiecare specializată în producerea unui singur canabinoid. Totuși, autorii sugerează că, în urmă cu milioane de ani, sistemul putea funcționa altfel.

Prin „resuscitarea” și caracterizarea a trei oxidociclaze ancestrale, cercetătorii au testat experimental ipoteza conform căreia capacitatea de metabolizare a CBGA a apărut la un strămoș relativ recent al cannabisului.

ASR pornește de la secvențe de ADN înrudite, identificate la plantele actuale. Dintr-o aliniere multiplă a secvențelor, oamenii de știință pot reconstrui o genă ancestrală, ceea ce permite apoi obținerea (în laborator) a proteinelor antice corespunzătoare.

Aplicând această strategie, echipa a recreat enzime de cannabis așa cum ar fi existat cu milioane de ani în urmă, înainte de apariția cannabisului modern (și, evident, înaintea oamenilor moderni).

Ce au arătat enzimele „resuscitate”: specializarea a venit mai târziu

Rezultatele indică faptul că strămoșul comun al oxidociclazelor moderne putea produce mai multe tipuri de canabinoizi în paralel. Enzimele strict specializate pe câte un singur compus ar fi apărut ulterior, după duplicări genice survenite pe măsură ce cannabisul a evoluat.

Așadar, datele susțin că abilitatea de metabolizare a CBGA s-a conturat într-un strămoș recent al cannabisului și că oxidociclazele timpurii erau enzime „promiscue” (cu specificitate mai largă), generând precursori pentru mai mulți canabinoizi, spre deosebire de omoloagele moderne, mult mai înguste ca funcție.

Studiul mai arată și că dobândirea activității de oxidociclază a canabinoizilor a apărut independent atât în familia cannabisului, cât și în plante producătoare de canabinoizi îndepărtate evolutiv, precum rododendronii.

De ce contează pentru biotehnologie: producție în microbi și eficiență mai bună

Comparativ cu enzimele actuale, variantele ancestrale reconstruite s-au dovedit mai ușor de produs în microorganisme, de exemplu în celule de drojdie. Acest aspect devine tot mai relevant, pe fondul interesului crescând pentru metode biotehnologice (nu doar botanice) de obținere a canabinoizilor, în condiții controlate.

Van Velzen rezumă implicația într-o idee simplă: ceea ce părea cândva „neterminat” din perspectivă evolutivă se dovedește, în practică, extrem de util.

În plus, astfel de enzime mai tolerante pot ajuta la: - creșterea randamentelor de sinteză pentru canabinoizi rari; - reducerea variațiilor dintre loturi, prin procese standardizate; - proiectarea de căi metabolice noi, cu profiluri chimice mai previzibile.

CBC, un exemplu cu potențial: antiinflamator și analgezic, dar rar în plantele moderne

CBC este un canabinoid căruia i se atribuie proprietăți antiinflamatoare și analgezice, însă plantele moderne de cannabis tind să producă cantități mici din acest compus.

Una dintre enzimele ancestrale reconstruite în studiu pare să fie un „intermediar evolutiv” care excelează tocmai în producerea de CBC.

Potrivit lui van Velzen, în prezent „nu există nicio plantă de cannabis cu un conținut natural ridicat de CBC”. În consecință, introducerea acestei enzime într-o plantă de cannabis ar putea deschide drumul către soiuri medicinale inovatoare.

Implicații pentru ameliorare și pentru evaluarea produselor

Dincolo de laborator, astfel de descoperiri pot rafina modul în care sunt gândite programele de ameliorare: dacă se cunoaște mai bine ce enzime controlează conversia CBGA și cum a apărut specializarea către THC, CBD și CBC, devine mai realistă obținerea unor profile chimice țintite, adaptate unor indicații precise.

În același timp, o înțelegere mai bună a enzimelor-cheie poate sprijini controlul calității în producție (indiferent că vorbim de cultivare sau fermentație), prin monitorizarea compușilor intermediari și a deviațiilor de cale metabolică, care pot influența eficacitatea și siguranța produselor pe bază de canabinoizi.

Studiul a fost publicat în Jurnalul de Biotehnologie a Plantelor.