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美科学家用转基因酵母生产出多种大麻素:其潜在药用价值等待发掘

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如果非得选一个最喜欢的微生物,酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)将是不错的选择。它可以将葡萄汁转化为葡萄酒、将谷物麦芽汁转化为啤酒、将面团转化为面包。过去的几十年里,科学家们已经破解了酵母的基因组,可以用其生产虽美味不足,但重要性有余的物质,比如胰岛素和阿片类药物等激素。现在,我们还发现它可以大量生产大麻素。大麻素是一种在大麻中发现的化合物。

杰伊(Jay Keasling)是加州大学伯克利分校化学工程和生物工程教授,由他领导的研究人员通过转基因酿酒酵母制造了两种最常见的大麻素:四氢大麻酚(THC)和大麻二醇(CBD)。他们称通过此方法,还可以制造任何可以产生天然大麻素以及一些全新品种的微生物。某些大麻素具有治疗多种疾病的潜力,但还需要更多的研究来将它们的宣传效果与实际医学应用区分开来。

2月27日发表在《自然》(Nature)杂志上的一项新研究中,科学家将控制大麻类植物代谢途径的已知基因序列转移到酵母中,由此产生的微生物可以将一种被称为半乳糖的糖转化为中间化学物质,并利用这些化学物质合成大麻萜酚酸(CBGa),CBGa可以发展成几种化合物,最后,每一株酵母都将CBGa转化成了不同的大麻素。杰伊说:“产生THC的酵母和产生CBD的酵母是不同的,但它们只相差一个基因——而这个基因是将CBGa转化为CBD或THC的途径中的最后一个基因。这项技术的美妙之处在于,你可以改变基因,得到一些罕见的大麻素。”

大麻含有100多种不同的大麻素,但其中大多数占比远远低于CBD和THC。因为大麻类植物产生的占比较低的大麻素更少,所以它们的生产成本更高。即使研究人员成功将其提取出来,这些化合物也经常被它们更常见的表亲所污染。而酵母则可以生产更纯的大麻素,使占比低的稀有品种的价格与更常见品种的价格持平。杰伊说:“通过这一方式,可以生产所有的大麻素,不管是目前认为存在于大麻的大麻素,还是所有你在任何生物体中都找不到的非自然大麻素。”那这些“非自然大麻素”是如何产生的呢?通常,大麻类植物会在大麻素中加入一种叫做己酸的化学物质(这种物质通常被人类作为一种廉价的食品添加剂),但是当杰伊的研究小组在酵母的含糖食物中加入不同的化学物质时,转基因微生物将这些物质而不是己酸与大麻素结合在一起,就产生了前所未见的新化合物。

试验大麻素

杰伊说:“一些罕见的或者非自然大麻素中可能会有一两种畅销药物。”但是,要发现大麻素在医学上的潜在应用还需要更多的研究——科学家已经在忙于研究更著名的大麻素的作用了。比如,CBD在治疗癫痫、创伤后应激障碍(PTSD)和成瘾等问题上显示出了良好的前景,而不会像THC那样让人出现精神兴奋。然而,围绕CBD的炒作比相关科学研究发展得更快;从湿疹到癌症,它的支持者声称它能治疗任何疾病,但这种说法显然是空穴来风。由于这种宣传已经成为主流,咖啡店甚至将CBD作为一种所谓的焦虑疗法列入菜单,而网上的卖家更是出售连标签都不准确的所谓提取物。

为了找到这些化合物的真正用途,研究人员必须试验大麻素如何影响人类。然而,这种新的生物合成方法可能无法解决这个问题。纽约市西奈山伊坎医学院(Icahn School of Medicine at Mount Sinai)成瘾研究所主任雅斯明•赫德(Yasmin Hurd)没有参与这项新研究,但他表示:“CBD或大麻素不管是来自植物、或是由人工合成、亦或是由酵母产生,这些都不重要。如果最终产品仍然是一种违禁物质,那做出来也不会有什么用。”美国缉毒局将CBD等大麻衍生物列为附表一药物,和海洛因属于同一类别。这给赫德这样的研究人员的研究带来了阻碍,赫德研究的是CBD如何影响渴望和焦虑,这两种因素则会导致阿片类成瘾。她说:“进行更多的研究非常重要,只有这样我们才能看到人们所声称的CBD或其他某种大麻素的功效是否能够治疗这些症状和疾病。”

杰伊同意赫德的说法,尽管各州法律较为宽松,但联邦政府对大麻试验的限制让研究变得更加困难——“除非法律改变,否则没办法绕开这一点,”他说,“但是这种方法可以提供一些非常罕见的大麻素,由于这些大麻素的产量非常小,你永远无法将其从大麻中提取出来。”谁知道呢,说不定哪一个会比CBD或THC更好呢。

相关企业越来越多

不管它们是否有助于研究,酵母产生的大麻素肯定会带来商业影响。杰伊估计用他的方法生产大麻素的成本可能与农业大麻生产的成本相当或者更低。他创立了Demetrix公司,授权这一新技术,并开始开发商业化大麻素生产。他有很多竞争对手。去年,生物技术初创企业Librede和Gingko Bioworks分别宣布了一项利用酵母生产CBD的专利,并与Cronos Group公司建立了价值数百万美元的合作关系。Demetrix首席执行官杰夫(Jeff Ubersax)估计,大约有15到20家公司正在竞相将酵母细胞变成生产大麻素的工厂。

然而,杰伊称他们是第一个开发出生产过程只依赖糖的团队——他的酵母可以只从半乳糖中就可以制造大麻素,不需要其他额外的昂贵成分。此外,杰夫说,他们的酵母产生大麻素的速度比其他菌株高出几个数量级。他表示:“之前这方面的工作已经明确了生产大麻素需要的主要成分,但是产量非常低。”他说,如果将这些菌株的产量比作小型汽车发动机,那么杰伊则“发现了一个新的DNA片段,它更像是一个喷气发动机。”

尽管如此,对像赫德这样的研究人员来说,初创企业的爆炸式增长和用CBD来做拿铁咖啡的咖啡店没什么两样,都不会对他的研究有任何帮助。她表示:“问题就在于,这些企业没有将任何资金投到研究中去。”她补充说,它们对知识进步没有任何贡献。如果没有进一步的研究,联邦政府就不会批准大麻素的更多用途——FDA(美国食品和药物管理局)目前只批准了一种含有大麻衍生物的药物(癫痫药物Epidiolex,其中包括了CBD)。赫德有办法打破这种循环。她说:“可以向公司征税,然后把这些税款用于研究。对于那些想用CBD赚大钱的公司,可以这样跟他们说,‘好吧,这是你的贡献。’让我们把研究做完,这样(联邦政府)就能批准生产更多这类物质。”

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