Biohacking CBD: uso de levadura para producir CBD

Los seres humanos han criado levadura para producir de todo, desde hefeweizen hasta sake. ¿Podría ser el CBD el próximo?

Los seres humanos han estado usando levadura para producir la droga más popular del mundo, el alcohol, durante milenios. La levadura tiene la capacidad natural de convertir el azúcar en alcohol, siempre y cuando se le priva de oxígeno . En consecuencia, hemos utilizado estas fábricas biológicas para producir una amplia variedad de bebidas embriagantes.

Usando técnicas modernas de biología sintética, la levadura puede producir más que solo alcohol. El Dr. Jay D. Keasling y sus colegas de la Universidad de California, Berkeley, han desarrollado una forma de utilizar estos organismos para producir CBD, THC y otros cannabinoides .

Esta tecnología tiene el potencial de hacer que la producción de cannabinoides sea más barata, más eficiente y más sostenible . Actualmente, hasta 20 empresas están trabajando para producir estos compuestos en levadura .

Los cannabinoides a base de levadura son una de las primeras tecnologías de cannabis de bioingeniería . Sin embargo, los investigadores están desarrollando otras técnicas que utilizan bacterias, enzimas y plantas modificadas genéticamente.

La aplicación de técnicas avanzadas de biología molecular a la industria del CBD y del cannabis es todavía bastante nueva. No obstante, los líderes de la industria le dijeron a ClonesCBD que los productos que dependen de estas tecnologías estarán disponibles en menos de dos años.

Hacer que la levadura produzca cannabinoides

Los cultivadores han estado trabajando para producir cannabinoides de manera más eficiente durante milenios. Desde que se inició el cultivo de cannabis hace más de 4000 años , esta planta se ha ido modificando gradualmente mediante la cría selectiva.

Como todas las especies domésticas, los humanos han tomado las riendas de la evolución del cannabis a través de la “ selección artificial ” . ”Los productores han seleccionado cultivares (o cepas) para obtener fibras más fuertes, mayores propiedades medicinales y una intoxicación más potente.

Los organismos genéticamente modificados han provocado un cambio radical en la forma en que los humanos modifican la naturaleza. El descubrimiento y el aprovechamiento del sistema CRISPR / CAS9 permite a los bioquímicos mover genes entre especies completamente no relacionadas.

Como ocurre con todas las nuevas tecnologías, este avance ha permitido innovaciones maravillosas, aterradoras y absolutamente extrañas. Se ha utilizado para producir plantas tolerantes a la sequía, ratones brillantes y, muy recientemente, humanos modificados genéticamente .

Hoy en día, las industrias agrícola y farmacéutica dependen en gran medida de los OGM, pero la prohibición del cannabis ha ralentizado el uso de estas tecnologías en las plantas de cannabis. Hoy, la expansión de la legalización del cannabis ha permitido que esta planta ingrese al mundo de la modificación genética, para bien o para mal.

Los beneficios de la levadura

La levadura de cerveza ( Saccharomyces cerevisiae ) es un organismo popular entre los científicos. Crece rápidamente y comparte rasgos con la biología humana . La levadura crece felizmente en grandes cubas, alimentándose de azúcar y oxígeno.

Por estas razones, la levadura es un “organismo modelo” popular utilizado en la investigación científica como un sujeto de prueba temprano. Es el conejillo de indias de los conejillos de indias.

El Dr. Jason Poulos es el director ejecutivo de Librede , la primera y única empresa con una patente estadounidense para producir cannabinoides en levadura . Describió las muchas ventajas que ofrece la levadura sobre las plantas.

En comparación con la producción agrícola, la levadura puede ser más sostenible desde el punto de vista medioambiental y económico, dijo Poulos. Dependiendo del cannabinoide que esté produciendo, el uso de levadura puede reducir los costos de 10 a 100 veces mientras genera un producto puro y consistente.

Este método no solo eliminaría la variabilidad de la cadena de suministro, agregó Poulos, sino que conduciría a “sin fertilizantes, sin pesticidas, menos tierra, menos agua, menos energía y una producción más rápida”.

Si bien los químicos producen la mayoría de los productos farmacéuticos utilizando química sintética a partir de materiales de partida baratos, esto no siempre es posible. Sintetizar cannabinoides de la forma tradicional es prohibitivamente caro. Por lo tanto, debemos confiar en las enzimas (los químicos moleculares de la naturaleza) para crear estos compuestos.

Las enzimas hacen este trabajo de forma natural en la planta de cannabis. El uso de organismos genéticamente modificados para realizar la síntesis química se denomina biosíntesis . Esta nueva tecnología promete reducir el costo de producción de muchos productos químicos importantes.

Produciendo trazas de cannabinoides a escala

Además del THC y el CBD, el cannabis contiene una multitud de otros cannabinoides “traza” . Cada uno de estos productos químicos naturales tiene propiedades biológicas únicas. Muchos pueden proporcionar beneficios terapéuticos únicos. Otros nunca han sido estudiados debido a su rareza.

La producción de cannabinoides a través de la biosíntesis tiene un beneficio interesante. Le permite producir versiones puras de cannabinoides poco comunes. Como dijo el Dr. Jim Bowie de UCLA , “Existe una amplia variedad de cannabinoides que pueden tener usos médicos, pero son demasiado bajos en abundancia para extraerlos de manera efectiva de las plantas. … [P] eramos poder brindar un acceso más asequible a muchos más cannabinoides puros de lo que es posible actualmente “.

En la planta de cannabis, estos compuestos se encuentran juntos en diferentes proporciones. En la levadura, es posible producir un cannabinoide a la vez. Al alimentar la levadura con ácidos grasos específicos, los investigadores controlan qué cannabinoides producen.

El Dr. Poulus nos dijo: “Hacemos compuestos aislados individuales. Estos se pueden mezclar para imitar la proporción exacta que se encuentra en la planta de cannabis “.

Los cannabinoides “antinaturales”

Los cannabinoides (incluidos el CBD y el THC) son cualquier sustancia química que activa los receptores de cannabinoides (CB) en el cuerpo humano . Nuestro cuerpo produce endocannabinoides , los activadores naturales de los receptores CB.

Alternativamente, las plantas producen compuestos conocidos como fitocannabinoides . Más allá del género cannabis, se han encontrado en Echinacea spp ., Té (Camellia sinensis), kava (Piper methysticum) y muchas otras plantas . Estos compuestos vienen en muchas formas y tamaños. Lo que tienen en común es que interactúan de alguna manera con sus receptores CB.

La planta de cannabis produce al menos 113 cannabinoides diferentes . Sin embargo, la biosíntesis también puede producir cannabinoides que no se encuentran en la naturaleza.

Estos cannabinoides comparten la estructura básica del THC y el CBD, pero con pequeñas modificaciones. Estos compuestos son más similares estructuralmente a los cannabinoides naturales que a los peligrosos cannabinoides totalmente sintéticos que se venden como “sustancias químicas de investigación” o en productos como Spice. Sin embargo, se necesita mucha investigación antes de que estos compuestos puedan considerarse “seguros”.

Estos nuevos cannabinoides pueden tener propiedades y potencial terapéutico únicos. Aunque todavía se sabe poco sobre ellos, pueden resultar más eficaces y potentes que el THC o el CBD.

Estos compuestos también supondrán la oportunidad de obtener grandes beneficios ya que, a diferencia de los cannabinoides naturales , pueden patentarse.

Otras drogas producidas por levadura

La levadura ha seguido siendo un sujeto de prueba popular en la era de la modificación genética, y hay un número incalculable de cepas de levadura modificadas genéticamente.

Los investigadores han creado muchos de estos simplemente para probar la función de genes específicos. Este trabajo ha proporcionado muchos conocimientos importantes sobre los trastornos genéticos y la bioquímica.

También se han utilizado cepas de levadura modificadas genéticamente para producir otros productos farmacéuticos . En particular, estas técnicas biosintéticas se han utilizado para producir opiáceos . Los opiáceos son otra clase de sustancias químicas que son difíciles de sintetizar en un laboratorio. Estos compuestos todavía se sintetizan a partir de amapolas de opio.

Las compañías farmacéuticas continúan obteniendo enormes ganancias impulsando estos analgésicos altamente adictivos, ignorando muchas opciones más seguras. Lamentablemente, la bioingeniería puede ofrecer pronto otra forma para que las empresas farmacéuticas se beneficien de la crisis de los opioides .

Otras formas de producir cannabinoides

Aunque la levadura tiene muchos beneficios, está lejos de ser la única opción para la biosíntesis. La modificación genética permite a los bioingenieros colocar los genes para la producción de cannabinoides en muchos organismos. También nos permite crear versiones purificadas de las enzimas necesarias para estas reacciones.

Finalmente, la modificación genética se puede aplicar a la propia planta de cannabis. La edición directa del genoma del cannabis puede permitir que la planta produzca cannabinoides de manera más eficiente.

Bacterias

Otro organismo común en la investigación científica son las bacterias. La simplicidad de estas células y su rápida replicación las convierten en otro candidato popular para la biosíntesis.

Una empresa alemana llamada Farmako ya ha presentado una patente para este proceso. Están utilizando versiones genéticamente modificadas de bacterias utilizadas en el tequila para producir cannabinoides . Afirman producir cantidades de cannabinoides mucho mayores que las que se logran con la levadura.

Enzimas

El Dr. Jim Bowie de UCLA ha desarrollado una forma de sintetizar moléculas biológicas complejas que no depende de microorganismos. En cambio, las enzimas (máquinas moleculares de origen natural) sintetizan estos compuestos fuera de la célula . Esta tecnología tiene aplicaciones para la síntesis de muchos fármacos complejos. Evitar el uso de microorganismos puede simplificar el proceso de biosíntesis conservando los beneficios.

El Dr. Bowie ha logrado utilizar este proceso para sintetizar de manera eficiente los precursores de THC y CBD. Al describir las ventajas de estas técnicas sobre la levadura, le dijo a ClonesCBD:

“No tenemos que preocuparnos por mantener feliz a la levadura. … La levadura realmente no quiere producir cannabinoides, por lo que esto tiende a molestarlos y luchan buscando formas de evitar la producción de cannabinoides. … Al liberarnos de las limitaciones biológicas, puede ser más fácil hacer lo que queremos “.

La planta de cannabis sigue siendo el rey (por ahora)

La máquina biológica obvia para producir cannabinoides es, por supuesto, la planta de cannabis. Los seres humanos han cultivado cannabis durante milenios, criándolo selectivamente por su potencia, valor medicinal y muchos otros rasgos deseables.

Incluso sin la ingeniería genética, los seres humanos han cambiado el cannabis de una hierba con propiedades medicinales leves a una medicina y una droga recreativa extremadamente potente . Las flores de la planta de cannabis pueden contener casi un 30% de cannabinoides en peso seco. Los extractos de cannabis suelen alcanzar una pureza superior al 95%.

Ingeniería genética de la planta de cannabis

Hoy en día, algunas empresas están comenzando a aplicar la ingeniería genética a la propia planta de cannabis. Ronan Levy es el director estratégico de Trait Biosciences . Esta empresa utiliza ingeniería genética y bioquímica para crear cannabinoides solubles en agua en la planta de cannabis. Nos proporcionó información valiosa sobre las ventajas de la planta de cannabis.

“La planta de cáñamo / cannabis ha evolucionado durante cientos de miles, si no millones, de años para producir cannabinoides de manera eficiente. Nuestra filosofía es que cuando se trata de los principales cannabinoides (THC y CBD), no existe un organismo más eficiente para sintetizarlos “.

Le pedimos al Sr. Levy que nos contara más sobre la ventaja de usar la planta de cannabis en lugar de las tecnologías biosintéticas.

“La planta puede producir concentraciones de cannabinoides 10.000 veces mayores que las que se producen actualmente en estos otros organismos. … [Nuestro] objetivo [es] optimizar la máquina actual (la planta) para producir cannabinoides de manera más eficiente “.

Aunque las técnicas biosintéticas prometen ofrecer trazas y cannabinoides novedosos en su forma pura, Trait Bio no se preocupa. Levy nos dijo que las plantas de cannabis modificadas de Trait Bio ahora pueden producir estos cannabinoides traza en grandes cantidades.

“[Nuestro] equipo ha desarrollado una nueva tecnología para producir la mayoría de los cannabinoides menores a escala industrial sin la necesidad de biosíntesis”.

El futuro de los cannabinoides

A medida que las industrias del CBD y el cannabis ingresen a la corriente principal, la tecnología tendrá un gran impacto. La biotecnología ya ha realizado grandes cambios en la forma en que comemos y nos mantenemos saludables. Las empresas pioneras en la aplicación de estas tecnologías al cannabis son solo el comienzo.

Aunque hoy esto todavía está en las etapas de investigación, eso cambiará. Es probable que las empresas comiencen a utilizar estas tecnologías en productos de consumo muy pronto . El Dr. Poulus dice que los consumidores deben esperar ver productos de CBD cultivados con levadura en los próximos 18-24 meses. Él cree que estas tecnologías son el futuro de la producción de cannabinoides.

“[Espere] grandes cambios, este tipo de producción reemplazará la mayor parte de la producción agrícola”.

En este momento, el Dr. Poulus ve el sesgo del consumidor contra los transgénicos como la barrera más grande en esta industria. Las vías biosintéticas producen exactamente las mismas sustancias químicas que las vías “naturales”, por lo que estos productos son indistinguibles de los cannabinoides puros extraídos de las plantas.

Patentar genes de malezas

Actualmente, la empresa del Dr. Poulus, Librede, es la única empresa con derechos sobre la patente estadounidense para la producción de cannabinoides en microorganismos. El Dr. Poulus presentó su patente en 2014, cinco años antes de que el Dr. Keasling publicara en Nature . Sin embargo, la investigación publicada en patentes no está sujeta a revisión por pares. Por tanto, no tiene el mismo peso en las comunidades científicas.

En esta patente se incluyen las 53 secuencias de código genético utilizadas para crear su levadura. Estos incluyen versiones modificadas de los genes que usa el cannabis para producir cannabinoides.

La ética de patentar genomas y organismos se ha discutido durante décadas . Actualmente, las patentes genéticas solo se aplican a productos “útiles” que solo existen debido a la intervención humana. Sin embargo, la definición legal aún se está debatiendo , y las cepas de cannabis criadas por humanos pueden presentar un área gris.

Una empresa llamada BioTech Institute ha estado patentando ampliamente genes de cannabis , con intenciones poco claras. El miedo a las demandas podría obstaculizar la innovación y disminuir la investigación sobre la producción y el uso de cannabinoides.

Además, las patentes de cannabis también podrían crear un “Monsanto de cannabis” que domine la industria.

Librede está creando una tecnología novedosa y valiosa y claramente tiene derecho a beneficiarse de su innovación. Sin embargo, estas tecnologías podrían desarrollarse más rápidamente si se compartiera toda la investigación. Es difícil lograr el equilibrio entre una competencia sana y los incentivos para innovar.

A medida que esta industria naciente madura, es fundamental fomentar una competencia sana , pero no es nada sencillo.

Un paisaje cambiante

El futuro de la producción de cannabinoides aún es incierto. Sin embargo, una cosa está clara: la tecnología cambiará fundamentalmente la forma en que producimos cannabinoides.

Ya sea que se trate de levaduras, bacterias o plantas de cannabis transgénicas, el cambio se acerca. Estas tecnologías en proceso de maduración (y las leyes en evolución que las rodean) seguramente afectarán en gran medida a las industrias del cannabis y el CBD en los próximos años.