有柄腺毛的多光子顯微鏡圖像。圖片來(lái)源：塞繆爾斯實(shí)驗(yàn)室/UBC

大麻葉內(nèi)的世界比以往任何時(shí)候都更加清晰。

在冷凍大麻葉并通過(guò)定量電子顯微鏡觀察細(xì)胞后，不列顛哥倫比亞大學(xué)的科學(xué)家表示，他們對(duì)大麻毛狀體的內(nèi)部運(yùn)作有了新的發(fā)現(xiàn)——大麻葉的微小“毛發(fā)”會(huì)產(chǎn)生植物令人垂涎的大麻素。據(jù)研究人員稱，這些發(fā)現(xiàn)可能有助于在酵母和細(xì)胞培養(yǎng)物中合成大麻素。

雖然人們對(duì)大麻產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)知之甚少——例如 THCA 和 CBDA，它們?cè)诩訜釙r(shí)會(huì)形成 THC 和 CBD——但人們對(duì)這種植物如何生產(chǎn)它們知之甚少。

“在我們開(kāi)始這個(gè)項(xiàng)目之前所知道的是，非光合作用質(zhì)體 [植物‘微器官’] 的形狀非常不尋常，并且參與制造大麻素的前體，而大麻素最終儲(chǔ)存在細(xì)胞外領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的不列顛哥倫比亞大學(xué)植物學(xué)家 Sam Livingston 博士告訴Analytical Cannabis說(shuō)，毛狀體頂部有蘑菇狀的儲(chǔ)存腔。

“我們不知道的是大麻素形成的最后一步（THC、CBD 等）發(fā)生在哪里，以及前體如何能夠從它們的生產(chǎn)地到它們轉(zhuǎn)化為 CBD 的地方。”

有柄、無(wú)柄和球根狀腺毛的顯微鏡圖像。圖片來(lái)源：塞繆爾實(shí)驗(yàn)室/UBC

為了發(fā)現(xiàn)更多，利文斯頓和他的同事用液氮冷凍葉子樣本（以固定內(nèi)部細(xì)胞活動(dòng)），并用透射電子顯微鏡對(duì)葉子的毛狀體進(jìn)行成像。他們做了一些非凡的觀察。例如，他們注意到構(gòu)成毛狀體分泌盤的產(chǎn)生 THCA 的細(xì)胞是高度相互關(guān)聯(lián)的。這些連接允許質(zhì)體的轉(zhuǎn)移，質(zhì)體是產(chǎn)生像香葉基二磷酸這樣的代謝物的“微器官”，這是制造像 THCA 這樣的大麻素所必需的。研究人員說(shuō)，這些相互連接的細(xì)胞構(gòu)成了 THCA 生產(chǎn)的“超級(jí)細(xì)胞”。

在進(jìn)一步檢查毛狀體的質(zhì)體后，研究人員發(fā)現(xiàn)，與典型的植物質(zhì)體（含有用于光合作用的葉綠體）不同，大麻毛狀體含有精致的膜。研究小組假設(shè)這些膜支持大麻素和萜烯代謝物的生物合成和運(yùn)輸。

該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了關(guān)于 THCA 合酶的另一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，該酶是催化 THCA 產(chǎn)生的酶。通過(guò)將該酶與發(fā)出視覺(jué)標(biāo)記的抗體結(jié)合，他們觀察到 THCA 合酶主要位于椎間盤細(xì)胞的頂端細(xì)胞壁中。這一發(fā)現(xiàn)首次證實(shí)了長(zhǎng)期以來(lái)的預(yù)測(cè)，即 THCA 合酶是細(xì)胞外的。

腺毛的多光子顯微鏡圖像。圖片來(lái)源：塞繆爾實(shí)驗(yàn)室/UBC

“我們?cè)诖舐橹惺状握故镜淖C據(jù)表明，THC 完全是在細(xì)胞外制造的——在腺毛的所謂儲(chǔ)存腔中，”利文斯頓告訴Analytical Cannabis。“這對(duì)我們提出了重要的問(wèn)題。特別是，四氫大麻酚的前體如何從質(zhì)體中排出細(xì)胞，而不會(huì)導(dǎo)致這些化學(xué)物質(zhì)的毒性積聚？之前的顯微鏡研究表明，自這些研究發(fā)表以來(lái)，我們從對(duì)其他植物的 30 多年研究中了解到的細(xì)胞機(jī)制與我們現(xiàn)在所知道的不一致?！?/span>

“我們保存這些毛狀體的方法是用最現(xiàn)代的方法完成的，稱為冷凍固定，這些方法可以最好地代表它們的生活狀態(tài)。這使我們能夠看到以前研究無(wú)法看到的結(jié)構(gòu)，并讓我們提出了一個(gè)全新的模型，說(shuō)明大麻素及其前體如何從其生產(chǎn)地點(diǎn)到達(dá)儲(chǔ)存腔的最終目的地。”

利文斯頓和他的同事說(shuō)，他們的發(fā)現(xiàn)——特別是發(fā)現(xiàn)毛狀體相互連接的“超級(jí)細(xì)胞”——可以改寫公認(rèn)的大麻素生產(chǎn)模型。他們說(shuō)，這種新模型可以繼續(xù)為酵母和其他微生物中大麻的工業(yè)合成生產(chǎn)提供信息。這種合成生產(chǎn)依賴于將產(chǎn)生大麻素的基因從大麻植物中遺傳移植到可以連續(xù)生產(chǎn)大麻化學(xué)物質(zhì)的微生物中。一家投資于大麻素生產(chǎn)新時(shí)代的公司是德國(guó)制藥公司 Farmako GmbH。

早在 2019 年，F(xiàn)armako 的首席科學(xué)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人帕特里克·施密特 (Patrick Schmitt)在接受Analytical Cannabis采訪時(shí)表示，大麻種植的謙遜、綠色實(shí)踐可能過(guò)于有限，無(wú)法應(yīng)對(duì)新大麻產(chǎn)業(yè)的巨大市場(chǎng)需求。“我認(rèn)為這是一個(gè)在 100 年前嘗試的過(guò)程，但在 21 世紀(jì)不會(huì)，”他說(shuō)。“對(duì)大麻素的需求很高。但是，對(duì)于一個(gè)工廠來(lái)說(shuō)，你需要很大的空間，你需要很多的水，你必須建造溫室，你必須在 GMP [良好生產(chǎn)規(guī)范] 條件下為醫(yī)療用戶耕種土地。我只是認(rèn)為整個(gè)過(guò)程與我們今天從技術(shù)中獲得的可能性不匹配?！?/span>

該公司的合成方法依賴于一種細(xì)菌——運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌——一種常用于生產(chǎn)龍舌蘭酒的微生物——的作用。但施密特和他的團(tuán)隊(duì)沒(méi)有將糖轉(zhuǎn)化為酒精，而是對(duì)細(xì)菌進(jìn)行了基因改造，從而產(chǎn)生了大麻素。 

“我們的細(xì)菌具有一個(gè)特定的優(yōu)勢(shì)：它將大麻素吐出到外部介質(zhì)中，”他說(shuō)?！八晕覀兛梢杂懈叩臄?shù)量，因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程沒(méi)有限制。”