Logran producir cannabinoides con levadura de cerveza

«Para el consumidor, los beneficios son CBD y THC de alta calidad y bajo costo: usted obtiene exactamente lo que desea de la levadura», afirma Jay Keasling , profesor de Ingeniería Química y Biomolecular de la UC Berkeley y de Bioingeniería y profesor de Ciencias en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. «Es una forma más segura y ecológica de producir cannabinoides », añade.

El cannabis y sus extractos, incluido el THC de alta inducción, o tetrahidrocannabinol, ahora son legales en 10 estados y en el Distrito de Columbia, y la marihuana recreativa (fumada, vapeada o consumida como comestible) es un negocio multimillonario en todo el país. Los medicamentos que contienen THC han sido aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos (FDA, por sus siglas en inglés) para reducir las náuseas después de la quimioterapia y para mejorar el apetito en pacientes con sida.

El CBD, o cannabidiol, se usa cada vez más en los cosméticos, también llamados cosmecéuticos, y ha sido aprobado como un tratamiento para las crisis epilépticas infantiles . Se está investigando como una terapia para numerosas afecciones, incluida la ansiedad, la enfermedad de Parkinson y el dolor crónico.

Pero la investigación médica sobre los más de otros 100 productos químicos en la marihuana ha sido difícil, porque los productos químicos se producen en pequeñas cantidades, lo que dificulta su extracción de la planta . Fuentes baratas y más puras, como la levadura, podrían facilitar estos estudios. Además, agrega, existe «la posibilidad de nuevas terapias basadas en nuevos cannabinoides: las raras que son casi imposibles de obtener de la planta, o las no naturales, que son imposibles de obtener de la planta». Keasling, presidente de la Fundación Philomathia en Energía Alternativa en Berkeley, y sus colegas informan sobre sus resultados en la edición digital de este miércoles de la revista «Nature».

Los cannabinoides se unen a muchos otros productos químicos y medicamentos que se producen actualmente en la levadura, incluida la hormona del crecimiento humano, la insulina, los factores de coagulación de la sangre y, recientemente, pero aún no se comercializan, la morfina y otros opiáceos. Como uno de los pioneros de la biología sintética, Keasling ha buscado durante mucho tiempo explotar las levaduras y las bacterias como fábricas de medicamentos « verdes », eliminando los costosos procesos sintéticos o extractivos comunes en la industria química y los subproductos químicos a menudo tóxicos o perjudiciales para el medio ambiente.

El cultivo de cannabis es un excelente ejemplo de una industria que consume mucha energía y que destruye el medio ambiente. Las granjas en el noroeste de California han contaminado los arroyos con la escorrentía de pesticidas y fertilizantes y han ayudado a drenar las cuencas debido a que las plantas de marihuana están hambrientas de agua. Los cultivos ilegales han dado lugar a la tala y la erosión.

El cultivo en interiores bajo luces de cultivo con ventiladores usa mucha energía, lo que representa un porcentaje creciente del consumo de energía anual. Un estudio estimó que la industria del cannabis de California representaba el 3% del consumo de electricidad del estado . Los cultivos de interior han provocado apagones en algunas ciudades, y el consumo de energía puede agregar más de 1.000 dólares al precio de una libra de hierba. De ahí el interés de Keasling en encontrar una forma «verde» de producir los químicos activos en la marihuana.

«Fue un desafío científico interesante», admite, que era similar a otros desafíos que él y su equipo han superado con éxito en la levadura: producir un fármaco antimalárico, la artemisinina; convertir los residuos vegetales en biocombustibles ; sintetizar sabores y aromas para las industrias de alimentos y cosméticos y productos químicos intermedios para la fabricación de nuevos materiales. «Pero cuando lees sobre casos de pacientes con convulsiones y que reciben ayuda del CBD, especialmente los niños, te das cuenta de que estas moléculas tienen algún valor, y que la producción de cannabinoides en la levadura podría ser excelente», añade.

Con la aprobación y la supervisión de la agencia estadounidense del medicamento (el cannabis sigue siendo ilegal según la ley federal), el postdoctorado de Berkeley Xiaozhou Luo y el estudiante graduado visitante Michael Reiter , quien dirigió el proyecto, comenzaron a ensamblar en la levadura una serie de pasos químicos para producir, inicialmente, la madre de todos los cannabinoides, CBGA (ácido cannabigerólico). Tanto en la marihuana como en la levadura, las reacciones químicas involucran la forma ácida de los compuestos: CBGA y sus derivados, THCA y CBDA. Se convierten fácilmente a CBG, THC y CBD cuando se exponen a la luz y al calor.

Convertir la levadura en fábricas químicas implica cooptar su metabolismo para que, en lugar de convertir el azúcar en alcohol, por ejemplo, la levadura convierta el azúcar en otras sustancias químicas que luego se unan a enzimas para producir un nuevo producto, como el THC , que la levadura secreta en el líquido que los rodea. Los científicos terminaron insertando más de una docena de genes en la levadura, muchos de ellos copias de los genes utilizados por la planta de marihuana para sintetizar los cannabinoides.

Pero hubo un obstáculo: una enzima realiza un paso químico clave para hacer que el CBGA en la planta de marihuana no funcione en la levadura. En lugar de diseñar una ruta sintética diferente, el postdoctorado de Berkley Leo d'Espaux y el estudiante graduado Jeff Wong volvió a la planta y aisló una segunda enzima, la prenil transferasa, que hace lo mismo, y la pegó en la levadura.

Una vez que tenían CBGA productor de levadura, agregaron otra enzima para convertir CBGA en THCA y una enzima diferente para crear un camino hacia CBDA. Aunque los productos que producen la levadura son predominantemente THC o CBD, detalla Keasling, cada uno debe separarse de otros químicos presentes en pequeñas cantidades. También agregaron enzimas que hicieron que la levadura produjera otros dos cannabinoides naturales, CBDV (cannabidivarin) y THCV (tetrahydrocannabivarin), cuyos efectos no se conocen bien.

Sorprendentemente, Xiaozhou y Michael descubrieron que los pasos enzimáticos involucrados en la preparación de CBGA en levaduras son lo suficientemente flexibles para aceptar una variedad de sustancias químicas de partida: diferentes ácidos grasos en lugar del utilizado por la planta de marihuana, el ácido hexanoico, que genera cannabinoides que no existen en la propia planta .

Asimismo, los científicos lograron que la levadura incorporara productos químicos en los cannabinoides que luego podrían alterarse químicamente en el laboratorio, creando otra vía para la producción de cannabinoides nunca antes vistos, pero potencialmente útiles desde el punto de vista médico.

Posteriormente, Keasling fundó una compañía en Emeryville, California, Demetrix Inc., a la que posteriormente se unieron d'Espaux y Wong, que autorizó la tecnología de Berkeley para utilizar la fermentación de levadura para hacer cannabinoides. «El costo es competitivo o mejor que el de los cannabinoides de origen vegetal. Y los fabricantes no tienen que preocuparse por la contaminación», concluye Keasling.