美科学家用改造酵母生产大麻素 比传统提取方法更廉价和环保
2月27日，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）在线发表了美国加州大学伯克利分校的合成生物学家们的最新研究成果：通过基因工程酵母，让其生产大麻的主要成分——让人兴奋的THC（四氢大麻酚）和非精神活性物质CBD（大麻二酚），以及大麻这种植物天然所不含的一些新型大麻素。这种利用基因工程酵母生产大麻素的方法，与传统提取方法相比，不仅成本低廉，而且更安全和环保。
“对消费者来说，好处是高质量、低成本的CBD和THC：你可以从酵母中得到你想要的东西。”加州大学伯克利分校化学和生物分子工程教授、劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的科学家Jay Keasling说， “这是一种更安全、更环保的生产大麻素的方法。”
酵母仅需要糖类，是一种简单而廉价的生产纯大麻素的方法。而传统的方法，也就是从大麻植物的花蕾中提取纯大麻素的成本很高。
此前有研究描述了在酵母中构建部分的大麻素生产线，但没有完整的过程。这项最新的研究首次“将所有的部分表现完整，而且是在一个细胞内完成，这一点非常棒。”加拿大蒙特利尔Hyasynth Bio公司首席执行官Kevin Chen如此评价，有至少10家公司在跟Hyasynth Bio公司一样致力于开发能够生产大麻类的工程酵母、细菌和藻类。
目前，美国食品药物管理局（FDA）已批准含有THC的药物用于减少化疗后的恶心和改善艾滋病患者的食欲。CBD则被越来越多地用于化妆品，也就是所谓的药妆品，并已被批准用于治疗儿童癫痫发作。它正在作为一种治疗包括焦虑、帕金森病和慢性疼痛在内的多种疾病的疗法进行研究。
然而，对大麻中100多种其他化学物质的医学研究一直很困难，这些化学物质的含量通常很低，很难从大麻中提取出来。研究团队认为，例如酵母这样更便宜、更纯的来源，可以使这类研究更容易。实际上，酵母已经可以生产包括人类生长激素、胰岛素、凝血因子等药物。最近，酵母还可以产生吗啡和其他阿片类药物，但目前还没有上市。
研究团队修改了酿酒酵母中的几个基因，并从5种细菌和大麻中引入了其他基因。他们总共进行了16次基因改造，将半乳糖转化为THC或CBD的非活性形式，随后加热这些大麻素将它们转化为活性物质。研究小组获得的THC含量约为每升8毫克，CBD含量更低些。
他们还使酵母产生了另外两种天然大麻素，CBDV （次大麻二酚）和THCV （四氢次大麻酚），这两种物质的作用尚不清楚。
令人惊讶的是，研究团队还能改造他们的酵母菌，将各种脂肪酸转化成自然界中不存在的大麻素。筛选这些化合物的治疗特性是具备可行性的，如果有任何希望都可以申请专利，因为它们不是自然产生的。研究团队认为，新产生的大麻素可能有助于建立制药公司的兴趣，这些公司此前很少积极探索大麻类药物。
他们最后总结表示，这些研究结果为大规模生产天然和合成大麻素用作处方药奠定了基础，有望增强对这些化合物的药理学研究。
Keasling强调，“基于新型大麻素的新疗法也是有可能的：其中包括很难从植物中获取的罕见大麻素，以及不可能从植物中获得的非天然大麻素。”
值得注意的是，目前，大麻及其提取物在美国的10个州及哥伦比亚特区是合法的，而娱乐性大麻——吸烟、蒸发或在食用产品中消费——在美国是一项数十亿美元的全国性业务。
Keasling已于2015年在加州成立了Demetrix公司，该公司目前从加州大学伯克利分校使用授权使用酵母产生大麻素的技术。
'经济前景看起来真的很好。' Keasling说，“成本是有竞争力的，或者说比从植物中提取大麻素的成本更低。生产商也不必担心过程中产生杂质污染，例如，CBD中的THC，这种物质会让你感到兴奋。”
不过，加州卡尔斯巴德Librede公司的首席执行官Jason Poulos表示，要想与天然植物提取的大麻素竞争，上述大麻素产量至少需要提高100倍。Librede公司拥有从酵母中提取大麻素的工艺的首个专利。
作为合成生物学的先驱之一，Keasling长期以来一直致力于将酵母菌和细菌开发为“绿色”制药厂，以消除化学工业中常见的昂贵的合成或提取过程，以及通常有毒或有害环境的化学副产品。
Keasling认为，大麻种植是能源密集型和环境破坏型产业的典型例子。美国加州西北部的农场用的杀虫剂和化肥污染了溪流，非法种植还导致了砍伐。室内种植的通风机和种植灯则需要消耗大量的能源，占全年电力消耗的比例越来越大。一项研究估计，加州大麻产业占该州电力使用量的3%，室内种植已经导致一些城市停电。
因此，Keasling对寻找一种“绿色”的方法来生产大麻中的活性化学物质很感兴趣。
“这是一项有趣的科学挑战。”他表示，这与他在酵母领域成功克服的其他挑战类似。2006年，Keasling培育出世界上第一株生产抗疟药物青蒿酸的酵母工程菌。他还通过改造酵母，将植物废料转化为生物燃料，为食品和化妆品工业以及制造新材料的化学中间体合成风味和气味。
“但当你看到一些癫痫患者，尤其是儿童，在使用CBD时获得一些帮助，你就会意识到这些分子有一定的价值，而在酵母中产生大麻素可能真的很棒。”Keasling表示。