близько
наука

Поляризована суперклітина виробляє спеціальні метаболіти в трихомах канабісу

Дослідники ідентифікують високоефективні механізми, які використовуються клітинами канабісу для виробництва канабіноїдів

Вперше біологи визначили високопродуктивні «трюки», які клітини канабісу використовують для виробництва канабіноїдів (THC/CBD). Хоча зараз багато біотехнологічних компаній намагаються виробляти ТГК/КБД поза рослинами, у дріжджах або клітинних культурах, досі незрозуміло, як рослина робить це природним шляхом.

Століттями люди вирощували канабіс заради фармакологічних властивостей, які є результатом споживання його спеціалізованих метаболітів, насамперед канабіноїдів і терпеноїдів. Сьогодні канабіс – це багатомільярдна індустрія, існування якої залежить від біологічної активності крихітних клітинних кластерів, які називаються залозистими трихомами, які знаходяться переважно на квітах.

Залозисті трихоми каннабісу змінюють морфологію та вміст метаболітів під час дозрівання квітки

Канабіноїди токсичні для клітин канабісу, і невідомо, як клітини канабісу трихоми можуть виробляти та виділяти величезну кількість ліпофільні метаболіти. Щоб усунути цю прогалину в знаннях, ми вивчили залозисті трихоми канабісу за допомогою надшвидкої кріофіксації, кількісної електронної мікроскопії та золотого мічення ферментів канабіноїдного шляху.

Дослідження демонструє, що метаболічно активні клітини канабісу утворюють «суперклітину» з великими цитоплазматичними містками через клітинні стінки та полярний розподіл органел, прилеглих до апікальної поверхні, де секретуються метаболіти. Прогнозована метаболічна роль нефотосинтезуючих пластид підтверджується незвичайними мембранними мережами в пластидах і розташуванням початку канабіноїдного/терпенового шляху в стромі пластид. Велика кількість місць контакту з мембраною з’єднує паракристалічні ядра пластид з оболонкою пластид, пластиди – з ендоплазматичним ретикулумом (ЕР), а ЕР – з плазматичною мембраною.

Останній етап біосинтезу канабіноїдів, який каталізується синтазою тетрагідроканабінолової кислоти (THCAS), був локалізований у стінці клітинної поверхні, навпроти позаклітинної порожнини зберігання. Ми пропонуємо нову модель того, як клітини канабісу можуть підтримувати рясне виробництво метаболітів, підкреслюючи ключову роль місць контакту з мембраною та позаклітинного біосинтезу THCA. Ця нова модель може стати основою підходів синтетичної біології для виробництва канабіноїдів у дріжджах або культурах клітин.

«Це дійсно допомагає нам зрозуміти, як клітини трихоми канабісу можуть виробляти величезну кількість тетрагідроканабінолу (ТГК) і терпенів – сполук, які є токсичними для рослинних клітин у великих кількостях – без отруєння самих себе», – сказав д-р Сем Лівінгстон, ботанік з Британського університету. Колумбія, який очолював дослідження.

Десятиліттями люди культивували канабіс заради фармакологічних властивостей, які є результатом споживання його спеціалізованих метаболітів, насамперед CBD і терпеноїдів. Сьогодні виробництво світового ринку канабісу вартістю 20 мільярдів доларів значною мірою залежить від біологічної активності крихітних згустків клітин, які називаються залозистими трихомами, які знаходяться переважно на квітках рослини.

читати :  Чи є вирощування канабісу частиною стійкої економіки?

Дослідження, опубліковане в Current Biology, розкриває мікросередовища, в яких ТГК виробляється та транспортується в трихомах канабісу, і проливає світло на кілька критичних точок на шляху виробництва ТГК або КБД у клітині.

Доктор Лівінгстон і співавтор доктор Лейсі Семюелс використовували швидке заморожування залозистих трихом конопель, щоб знерухомити клітинні структури рослин і метаболіти на місці. Таким чином вони змогли вивчити залозисті трихоми коноплі за допомогою електронних мікроскопів, які виявили клітинну структуру на нанорозмірі, показавши, що метаболічно активні клітини коноплі утворюють «суперклітину», яка діє як крихітна метаболічна біофабрика.

До цього часу підходи синтетичної біології були зосереджені на оптимізації ферментів, відповідальних за створення ТГК/КБД, наприклад, на будівництві фабрики з найефективнішим обладнанням для виробництва якомога більшої кількості продуктів. Однак ці підходи не розробили ефективного способу переміщення проміжних речовин від одного ферменту до іншого або зсередини клітини назовні, де можна зібрати кінцеві продукти. Це дослідження допомагає визначити субклітинні «маршрути доставки», які канабіс використовує для створення ефективного трубопроводу від сировини до кінцевих продуктів без накопичення токсинів або відходів.

читати :  Чи може запах конопелі зцілити?

«Протягом понад 40 років усе, що ми думали про клітини канабісу, було неточним, оскільки базувалося на датованій електронній мікроскопії», — каже д-р Семюелс, біолог рослинних клітин з UBC. «Ця робота визначає, як клітини канабісу виробляють свій продукт. Це зміна парадигми після багатьох років, створюючи нове бачення виробництва канабіноїдів. Ця робота була складною, частково через законодавчу заборону, а також через те, що не було опубліковано протоколу генетичної трансформації канабісу. »

Сьогодні ми знаємо, що:

  • Залозисті клітини утворюють поляризований синцитій під час виробництва та секреції THCA.
  • GPPS локалізується в пластидах, які містять помітні злиття мембран.
  • THCAS локалізується виключно на позаклітинній поверхні трихом.
  • Мембранні контакти між пластидами, ER і PM є джерелом нової схеми руху.

Ця нова модель може використовувати підходи синтетичної біології для виробництва канабіноїдів у дріжджах, які зазвичай використовуються в біотехнології. Без цих «хаків» вони ніколи не досягнуть ефективного виробництва.


Ключові слова: генетичнийпошуксинтетичнийтерпентріхо
weedmaster

Автор weedmaster

Медійник та менеджер з комунікацій, що спеціалізується на легальній коноплі. Ти знаєш, що вони говорять? знання це сила. Зрозумійте науку, яка лежить в основі медицини конопель, залишаючись в курсі останніх досліджень, методів лікування та продуктів, пов’язаних зі здоров’ям. Будьте в курсі останніх новин та ідей щодо легалізації, законів, політичних рухів. Дізнайтеся поради, підказки та посібники з найдосвідченіших виробників на планеті, а також останні дослідження та висновки наукової спільноти щодо медичних якостей конопель.