Cannabis-Forschung
Mit Bierhefe die Produktion von Minor-Cannabinoiden skalieren
MyCannabis.com zu deinen bevorzugten Quellen auf Google hinzufügen
Minor-Cannabinoiden haben vielversprechendes therapeutisches Potenzial, aber ihre natürlichen niedrigen Konzentrationen in Cannabis machen die Extraktion teuer und ineffizient. Jetzt erkunden Forscher, ob Bierhefe als Biofabrik dienen kann, um diese seltenen Verbindungen im großen Maßstab herzustellen, um Kosten und Umweltauswirkungen zu reduzieren.
Umweltbedingte Herausforderungen der traditionellen Cannabis-Anbau
Der Anbau von Cannabis, insbesondere in Innen- und Gewächshausanlagen, ist sehr ressourcenintensiv. Studien1 haben ergeben, dass groß angelegte Operationen erheblich zum Stromverbrauch und zur Umweltzerstörung beitragen. Zum Beispiel trägt die Cannabis-Produktion in Kalifornien etwa 3% des gesamten Stromverbrauchs bei. Dieser Strom wird von Wachstumslampen, Ventilatoren und Klimaanlagen verbraucht, neben der Umweltauswirkung von chemischen Düngemitteln, die in Wasserwege gelangen können.
Angesichts dieser Herausforderungen suchen Wissenschaftler nach umweltfreundlicheren und effizienteren Methoden, um Cannabinoide ohne den ökologischen Fußabdruck des traditionellen Anbaus herzustellen.
Warum sich auf Minor-Cannabinoiden konzentrieren?
Jenseits von THC und CBD enthält Cannabis über 100 andere Cannabinoide, von denen die meisten in sehr geringen Mengen vorkommen. Diese “Minor-Cannabinoiden” werden aufgrund ihrer potenziellen medizinischen Vorteile immer mehr untersucht, sind aber aufgrund ihrer geringen Konzentrationen schwierig und teuer aus Pflanzen zu extrahieren.
Bierhefe als Biofabrik
Jay Keasling, ein Pionier in der synthetischen Biologie, hat die Verwendung von Hefe als “grüne Arzneimittelfabrik” erforscht. Forscher an der University of California, Berkeley, haben Bierhefe genetisch verändert, um seltene Cannabinoide herzustellen, die fast unmöglich auf natürliche Weise im großen Maßstab zu extrahieren sind. Diese Forschung2, die von ScienceDaily berichtet wird, zeigt, dass die Hefe-basierte Produktion hochwertige Cannabinoide zu einem Bruchteil der Kosten und mit minimalem Kontaminationsrisiko liefern kann.
Weitere Biotech-Erfolge mit Hefe
Hefe wird seit langem in der Biotechnologie verwendet, um komplexe Moleküle wie Insulin, Blutgerinnungsfaktoren, Wachstumshormone und das antimalarische Medikament Artemisinin herzustellen. Diese Erfolge machen Hefe zu einem idealen Kandidaten für die Cannabinoid-Biosynthese.
Wie Hefe Cannabinoide produziert
Das Team der UC Berkeley hat Cannabis-sativa- und Streptomyces-spp.-Gene in Hefe mit einem heterologen Expressionsystem eingefügt, um Phytocannabinoid-Vorläufer herzustellen. Der Prozess umfasst:
- Hexansäure mit Malonsäure zu Olivetolsäure (OA) kondensieren
- OA mit Geranylpyrophosphat (GPP) zu Cannabigerolsäure (CBGA) alkylieren
- Spezifische Enzyme verwenden, um CBGA in Minor-Cannabinoiden wie Cannabidivarin (CBDV) und Tetrahydrocannabivarin (THCV) umzuwandeln
Diese Verbindungen können dann für Forschung und potenzielle therapeutische Anwendung isoliert werden.
| Produktionsmethode | Traditionelle Cannabis-Extraktion | Bierhefe-Biosynthese |
|---|---|---|
| Rohmaterial | Cannabis-Pflanzen, die in Gewächshäusern oder Innenanlagen angebaut werden | Genetisch veränderte Hefe-Kulturen |
| Umweltauswirkungen | Hoher Energieverbrauch, chemischer Düngemittel-Ausstoß | Geringer Energie-Fußabdruck, minimale chemische Verwendung |
| Kosteneffizienz | Hoch für Minor-Cannabinoiden | Wettbewerbsfähig oder niedriger als Pflanzen-Extraktion |
| Skalierbarkeit | Begrenzt durch Anbau-Kapazität | Einfach skalierbar in Fermentations-Tanks |
| Reinheit und Konsistenz | Variabel aufgrund von Pflanzen-Genetik und Umwelt | Hohe Reinheit, konsistente Erträge |
Herausforderungen und zukünftiges Potenzial
Obwohl die Methode vielversprechend ist, zeigt eine verwandte Forschung von Schmidt und Kayser, dass ein Engpass besteht: Die Produktion von Hexansäure in Hefe kann die Ausbeute begrenzen. Die Überwindung dieser Herausforderung wird der Schlüssel sein, um die Produktion weiter zu skalieren. Dennoch machen die umweltbedingten, wirtschaftlichen und skalierbaren Vorteile die Hefe-Biosynthese zu einem starken Kandidaten für die industrielle Cannabinoid-Produktion.
Wenn die Forschung an Minor-Cannabinoiden weitergeht, könnten nachhaltige Produktionsmethoden wie die Hefe-Biosynthese eine wichtige Rolle bei der Deckung der zukünftigen Nachfrage für pharmazeutische und Wellness-Anwendungen spielen.
Quellen:
1. Zheng, Z., Fiddes, K. & Yang, L. A narrative review on environmental impacts of cannabis cultivation. J Cannabis Res 3, 35 (2021). https://doi.org/10.1186/s42238-021-00090-0
2. University of California – Berkeley. (2019, February 27). Yeast produce low-cost, high-quality cannabinoids. ScienceDaily.
