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극성화된 슈퍼셀은 대마초 트리홈에서 특수 대사 산물을 생성합니다.

연구원들은 칸나비노이드를 만들기 위해 대마초 세포가 사용하는 고효율 메커니즘을 확인합니다

처음으로 생물학자들은 대마초 세포가 칸나비노이드(THC/CBD)를 만드는 데 사용하는 고수율 "속임수"를 정의했습니다. 많은 생명 공학 회사가 현재 식물 외부, 효모 또는 세포 배양에서 THC/CBD를 만들기 위해 노력하고 있지만 식물이 어떻게 자연적으로 이것을 하는지는 여전히 불분명합니다.

수세기 동안 인간은 전문 대사 산물, 주로 칸나비노이드 및 테르페노이드의 소비로 인한 약리학적 특성을 위해 대마초를 재배해 왔습니다. 오늘날 대마초는 수십억 달러 규모의 산업으로, 그 존재는 주로 꽃에서 발견되는 선모세포(glandular trichomes)라고 하는 작은 세포 클러스터의 생물학적 활동에 의존합니다.

대마초 선의 trichomes는 꽃이 성숙하는 동안 형태와 대사 산물 함량을 변경합니다

칸나비노이드는 칸나비스 세포에 독성이 있으며 칸나비스 세포가 어떻게 trichomes는 엄청난 양을 생산하고 분비할 수 있습니다. 친유성 대사 산물. 이 지식 격차를 해결하기 위해 우리는 초고속 동결 고정, 정량적 전자 현미경 검사 및 칸나비노이드 경로 효소의 금 표지를 사용하여 대마초 선 트리홈을 연구했습니다.

연구에 따르면 대사 활성 대마초 세포는 세포벽을 가로지르는 광범위한 세포질 다리와 극 분포 대사 산물이 분비되는 정점 표면에 인접한 세포 소기관. 비광합성 색소체의 예측된 대사 역할은 색소체의 특이한 막 네트워크와 색소체 기질에서 칸나비노이드/테르펜 경로의 시작 위치에 의해 뒷받침됩니다. 풍부한 막 접촉 부위는 색소체의 파라결정질 핵을 색소체 외피에 연결하고 색소체는 소포체(ER)에 연결하며 ER은 원형질막에 연결합니다.

THCAS(tetrahydrocannabinolic acid synthase)에 의해 촉매되는 칸나비노이드 생합성의 마지막 단계는 세포 외 저장 공동 반대편의 세포 표면 벽에 국한되었습니다. 우리는 대마초 세포가 막 접촉 부위와 세포외 THCA 생합성의 핵심 역할을 강조하면서 어떻게 풍부한 대사산물 생산을 유지할 수 있는지에 대한 새로운 모델을 제안합니다. 이 새로운 모델은 효모 또는 세포 배양에서 칸나비노이드 생산을 위한 합성 생물학 접근 방식을 알려줄 수 있습니다.

"그것은 어떻게 대마초 세포가 스스로를 중독시키지 않고 대량으로 식물 세포에 유독한 화합물인 테트라하이드로칸나비놀(THC)과 테르펜을 대량으로 생산할 수 있는지 이해하는 데 도움이 됩니다. 연구를 주도한 컬럼비아.

수십 년 동안 인간은 특수 대사 산물, 주로 CBD 및 테르페노이드의 소비로 인한 약리학적 특성을 위해 대마초를 재배해 왔습니다. 오늘날, 20억 달러 규모의 세계 대마초 시장의 생산은 주로 식물의 꽃에서 발견되는 선 세포라고 불리는 작은 세포 덩어리의 생물학적 활동에 크게 의존합니다.

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에 발표된 연구 현재 생물학, 대마초 트리홈에서 THC가 생산되고 운반되는 미세 환경을 밝히고 세포 내에서 THC 또는 CBD 제조 경로의 몇 가지 중요한 지점에 대해 설명합니다.

Livingston 박사와 공동 저자인 Dr. Lacey Samuels는 대마초 선 트리홈의 급속 동결을 사용하여 식물 세포 구조와 대사 산물을 제자리에 고정했습니다. 따라서 그들은 나노 규모의 세포 구조를 밝혀낸 전자 현미경을 사용하여 대마초의 선 세갈래를 연구할 수 있었으며, 대마초의 대사 활성 세포가 작은 대사 생물 공장으로 작용하는 "수퍼 세포"를 형성한다는 것을 보여주었습니다.

지금까지 합성 생물학 접근 방식은 가능한 많은 제품을 만들기 위해 가장 효율적인 기계를 갖춘 공장을 짓는 것과 같이 THC/CBD를 만드는 효소를 최적화하는 데 중점을 두었습니다. 그러나 이러한 접근 방식은 중간 물질을 한 효소에서 다른 효소로, 또는 세포 내부에서 최종 산물이 수집될 수 있는 세포 외부로 이동하는 효율적인 방법을 개발하지 못했습니다. 이 연구는 대마초가 독소나 폐기물을 축적하지 않고 원료에서 최종 제품에 이르는 효율적인 파이프라인을 만드는 데 사용하는 세포 내 "배송 경로"를 정의하는 데 도움이 됩니다.

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UBC의 식물 세포 생물학자인 Samuels 박사는 "40년 이상 동안 대마초 세포에 대해 생각한 모든 것이 전자 현미경을 기반으로 했기 때문에 부정확했습니다. “이 작업은 대마초 세포가 제품을 만드는 방법을 정의합니다. 이것은 칸나비노이드 생산에 대한 새로운 비전을 제시하는 수년 후의 패러다임 전환입니다. 이 작업은 부분적으로 법적 금지와 대마초 유전자 변형 프로토콜이 발표되지 않았기 때문에 어려웠습니다. »

오늘날 우리는 다음을 알고 있습니다.

  • 선 세포는 THCA의 생성 및 분비 동안 극성화된 합포체를 형성합니다.
  • GPPS는 눈에 띄는 막 융합을 포함하는 색소체에 국한됩니다.
  • THCAS는 trichomes의 세포외 표면에만 국한됩니다.
  • plastids, ER 및 PM 사이의 막 접촉은 새로운 트래픽 패턴의 근원입니다.

이 새로운 모델은 생명공학에서 일반적으로 사용되는 효모에서 칸나비노이드 생산을 위한 합성 생물학 접근 방식을 알려줄 수 있습니다. 이러한 "해킹"이 없으면 효율적인 생산을 달성할 수 없습니다.


태그 : 유전수색인조테르펜trichome
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저자 weedmaster

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