Откуда в каннабисе появились такие соединения, как ТГК, КБД и КБХ? Ученые из Вагенингенского университета представили первые экспериментальные доказательства того, как растение развило способность производить эти известные каннабиноиды. В ходе исследования команда также создала ферменты, которые могут быть полезны для производства каннабиноидов биотехнологическими методами, особенно в медицинских целях.
Результаты их работы, опубликованные в научном журнале Plant Biotechnology Journal, были получены благодаря воссозданию ферментов, которые существовали миллионы лет назад у предков современного каннабиса, но сегодня уже не встречаются. Ферменты – это белки, запускающие химические реакции, которые и приводят к образованию биологически активных соединений с признанным лечебным потенциалом.
Современные растения каннабиса используют узкоспециализированные ферменты для синтеза ТГК, КБД и КБХ, где за каждое соединение отвечает свой отдельный фермент. Новое исследование показывает, что такая точность – результат эволюции, и так было не всегда. Ранние версии этих ферментов были гораздо более гибкими: один и тот же предковый фермент мог производить сразу несколько каннабиноидов. Со временем, в процессе эволюции каннабиса, происходили дупликации генов, что позволило ферментам постепенно специализироваться и стать более эффективными.
Чтобы проследить эту историю, исследователи использовали метод, известный как «реконструкция последовательностей предков». Анализируя ДНК современных растений, они смогли предсказать, как выглядели древние ферменты миллионы лет назад. Эти воссозданные версии были синтезированы в лаборатории и протестированы. Результаты стали первым экспериментальным подтверждением того, что производство каннабиноидов, включая ТГК, началось у относительно недавнего предка каннабиса и совершенствовалось по мере развития растения.
Помимо раскрытия эволюционных тайн, исследование открыло и практические возможности. Восстановленные древние ферменты оказалось легче производить в микроорганизмах, например, в клетках дрожжей, чем современные ферменты каннабиса. Это имеет большое значение, поскольку каннабиноиды все чаще производят биотехнологическими методами, а не выращивают в растениях. «То, что когда-то казалось эволюционно «незавершенным», оказалось чрезвычайно полезным, – говорит Робин ван Вельзен, руководивший исследованием. – Эти древние ферменты более устойчивы и гибки, что делает их привлекательными для биотехнологий и фармацевтических исследований».
Один из воссозданных ферментов особенно отличился тем, что он специфически производит КБХ – каннабиноид, известный своими противовоспалительными и обезболивающими свойствами. «В настоящее время не существует растений каннабиса с естественно высоким содержанием КБХ. Внедрение этого фермента в растение может привести к созданию инновационных лекарственных сортов», – объясняет ван Вельзен. Таким образом, изучение ДНК древних растений не только углубляет наше понимание эволюции, но и открывает новые пути для производства ценных медицинских соединений.
