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科學

極化超級細胞在大麻毛狀體中產生專門的代謝物

研究人員確定了大麻細胞用於製造大麻素的高效機制

生物學家首次定義了大麻細胞用於製造大麻素 (THC/CBD) 的高產“技巧”。 儘管許多生物技術公司目前正試圖在植物外、酵母或細胞培養物中製造 THC/CBD,但仍不清楚植物是如何自然地做到這一點的。

幾個世紀以來,人類種植大麻是為了獲得其特殊代謝物(主要是大麻素和萜類化合物)的消耗所產生的藥理特性。 今天,大麻是一個價值數十億美元的產業,其存在依賴於微小細胞簇的生物活性,稱為腺毛,主要存在於花朵上。

大麻腺毛在花成熟期間改變形態和代謝物含量

大麻素對大麻細胞有毒,目前尚不清楚大麻的細胞如何 毛狀體可以產生和分泌大量 親脂性代謝物。 為了解決這一知識差距,我們使用超快速冷凍固定、定量電子顯微鏡和大麻素途徑酶的金標記研究了大麻腺毛。

研究表明,代謝活躍的大麻細胞形成一個“超級細胞”,在細胞壁上有廣泛的細胞質橋和 極性分佈 與分泌代謝物的頂端表面相鄰的細胞器。 非光合質體的預測代謝作用得到質體中不尋常的膜網絡和質體基質中大麻素/萜烯途徑起始位置的支持。 豐富的膜接觸位點將質體的準晶核與質體包膜、質體與內質網 (ER) 以及 ER 與質膜連接起來。

由四氫大麻酚酸合酶 (THCAS) 催化的大麻素生物合成的最後一步位於細胞表面壁,與細胞外儲存腔相對。 我們提出了一種大麻細胞如何維持大量代謝物生產的新模型,強調了膜接觸位點和細胞外 THCA 生物合成的關鍵作用。 這種新模型可能會為酵母或細胞培養物中大麻素生產的合成生物學方法提供信息。

“這確實有助於我們了解大麻毛狀體細胞如何產生大量四氫大麻酚 (THC) 和萜烯——大量對植物細胞有毒的化合物——而不會毒害自己。”英國大學植物學家 Sam Livingston 博士說領導這項研究的哥倫比亞。

幾十年來,人類種植大麻是為了獲得其特殊代謝物(主要是 CBD 和萜類化合物)的消耗所產生的藥理特性。 今天,價值 20 億美元的全球大麻市場的生產在很大程度上依賴於主要存在於植物花朵上的稱為腺毛的微小細胞團塊的生物活性。

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該研究發表於 “當代生物學”,揭示了 THC 在大麻毛狀體中產生和運輸的微環境,並闡明了 THC 或 CBD 在細胞內製造途徑中的幾個關鍵點。

Livingston 博士和合著者 Lacey Samuels 博士使用快速冷凍大麻腺毛來原位固定植物細胞結構和代謝物。 因此,他們能夠使用電子顯微鏡研究大麻的腺毛,揭示了納米級的細胞結構,表明大麻的代謝活躍細胞形成了一個“超級細胞”,充當了一個微小的代謝生物工廠。

到目前為止,合成生物學方法一直專注於優化負責製造 THC/CBD 的酶——比如建立一個擁有最高效機器的工廠,以生產盡可能多的產品。。 然而,這些方法還沒有開發出一種有效的方法來將中間物質從一種酶轉移到另一種酶,或從細胞內轉移到可以收集最終產物的細胞外。 這項研究有助於確定大麻用來創建從原材料到最終產品的有效管道而不會積累毒素或廢物的亞細胞“運輸路線”。

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“40 多年來,我們對大麻細胞的所有想法都是不准確的,因為它是基於過時的電子顯微鏡,”UBC 的植物細胞生物學家 Samuels 博士說。 “這項工作定義了大麻細胞如何製造它們的產品。 這是多年後的範式轉變,產生了大麻生產的新願景。 這項工作一直很困難,部分原因是法律禁止,也因為沒有公佈大麻基因轉化協議。 »

今天我們知道:

  • 腺細胞在 THCA 的產生和分泌過程中形成極化的合胞體。
  • GPPS 定位於含有明顯膜融合的質體中。
  • THCAS 僅定位於毛狀體的細胞外表面。
  • 質體、ER 和 PM 之間的膜接觸是新交通模式的起源。

這種新模型可能會為酵母中大麻素生產的合成生物學方法提供信息,這種方法通常用於生物技術。 沒有這些“黑客”,他們將永遠無法實現高效生產。


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作者 weedmaster

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