Các nhà khoa học của Viện khoa học Weizmann tiết lộ quy trình sản xuất các cannabinoid từng bước trong một loài cây ở Nam Phi, chỉ ra những cách mới để sản xuất chúng cho mục đích y tế.
Một loài cây ở Nam Phi được gọi là cây ô len hoàn toàn không liên quan đến cây cần sa, tuy nhiên nó tạo ra một loạt hợp chất hoạt tính có trong cần sa – các cannabinoid – bao gồm một số hợp chất có thể có những ứng dụng y tế mới. Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Plants, các nhà nghiên cứu của Viện Khoa học Weizmann đã xác định được hơn 40 loại cannabinoid trong cây ô len và họ đã tiết lộ một loạt các bước sinh hóa mà cây thực hiện khi tạo ra các hợp chất này. Các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra cách các bước này có thể được tái tạo trong phòng thí nghiệm để tổng hợp hoặc thậm chí chế tạo các cannabinoid mới.
Cây cần sa quen thuộc tạo ra hơn 100 loại cannabinoid khác nhau và nó vẫn là nhà sản xuất cannabinoid mang tính biểu tượng. Nhưng nghiên cứu mới về cây ô len, một loại cây lâu năm phát triển nhanh, lại là cây sản xuất cannabinoid đứng thứ hai. Tiến sĩ Shirley (Paula) Berman, người đứng đầu nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Giáo sư Asaph Aharoni ở Khoa Khoa học Thực vật và Môi trường của Weizmann cho biết: “Chúng tôi đã tìm thấy một nguồn cannabinoid mới và phát triển các công cụ để sản xuất bền vững, có thể giúp khám phá tiềm năng trị liệu to lớn của chúng.”
Các cannabinoid đã được áp dụng rộng rãi để giảm đau, buồn nôn, lo lắng và động kinh, đồng thời danh sách các công dụng có thể có của chúng đang tăng lên nhanh chóng. Các thụ thể phân tử phản ứng với các hợp chất này rất phổ biến ở người, không chỉ ở não mà còn khắp cơ thể, cho thấy rằng các cannabinoid liên kết với chúng có thể được sử dụng để điều trị mọi thứ, từ ung thư đến các bệnh thoái hóa thần kinh.
“Thực tế là trong quá trình tiến hóa, hai loài thực vật không liên quan đến di truyền đã phát triển độc lập khả năng tạo ra các cannabinoid cho thấy các hợp chất này thực hiện các chức năng sinh thái quan trọng.”
Tiềm năng hứa hẹn mà các cannabinoid có trong y học chính là lý do tại sao phòng thí nghiệm của Aharoni tiến hành một nghiên cứu về cây ô len, hay Helichrysum umbraculigerum, loài có tên gọi chung là những bông hoa hình chiếc ô mềm mại, màu vàng mù tạt. Nó thuộc một họ thực vật hoàn toàn khác với cần sa; họ hàng của nó bao gồm hoa hướng dương, hoa cúc và rau xà lách. Cây ô len từ lâu đã được biết đến là vật dụng được đốt trong các nghi lễ dân gian để giải phóng khói độc, điều này cho thấy nó có thể chứa các hóa chất ảnh hưởng đến não. Trên thực tế, các nhà khoa học Đức đã nghiên cứu loại cây này hơn 40 năm trước đã tìm thấy bằng chứng cho thấy nó có chứa cannabinoid, nhưng các nghiên cứu hiện đại hơn đã không thể tái hiện lại phát hiện của họ.
Tiến sĩ Berman và các đồng nghiệp, sử dụng một loạt công nghệ tiên tiến, đã xác nhận báo cáo ban đầu đó. Họ đã giải trình tự toàn bộ bộ gen của cây ô len và sử dụng hóa học phân tích tiên tiến, bao gồm cả phương pháp quang phổ khối có độ phân giải cao, để xác định các loại cannabinoid có trong hoa. Sử dụng cộng hưởng từ hạt nhân, các nhà nghiên cứu đã tiết lộ cấu trúc chính xác của hơn chục loại cannabinoid này và các chất chuyển hóa liên quan khác. Họ đã lần theo toàn bộ quá trình sinh hóa liên quan đến việc sản xuất cannabinoid và xác định chúng được tạo ra ở đâu trong cây.
Hóa ra, cây ô len tạo ra cannabinoid chủ yếu trong lá của nó, có thể mang lại cho nó lợi thế kinh tế so với cần sa, khiến các hợp chất này tồn tại trong các cụm hoa hoặc chùm hoa có thời gian tồn tại ngắn hơn và khó thu hoạch hơn. Bất chấp sự khác biệt này, các nhà khoa học Weizmann đã tìm thấy rất nhiều điểm chung giữa cây ô len và cần sa. Đặc biệt, các enzyme được sử dụng trong mỗi bước của quá trình sản xuất cannabinoid đều thuộc cùng một họ, trong suốt nửa đầu của quá trình sinh hóa.
6 trong số các cannabinoid được tìm thấy trong cây ô len giống hệt với cần sa. 6 loại này không bao gồm 2 loại nổi tiếng nhất là THC và CBD, nhưng chúng bao gồm cannabigerol, hay CBG, một cannabinoid ngôi sao đang lên của nghiên cứu cannabinoid: Nó có ứng dụng trị liệu tiềm năng nhưng thiếu tác dụng thay đổi tâm trạng. Dạng axit của CBG, xuất hiện với nồng độ tương đối cao trong loài thực vật, đóng vai trò là tiền chất để sản xuất tất cả các cannabinoid cổ điển, củng cố cho ý tưởng rằng cây ô len có thể trở thành nguồn cannabinoid có giá trị từ thực vật.
Vai trò của các cannabinoid trong thực vật vẫn chưa được biết đến, nhưng chúng có thể cung cấp khả năng phòng vệ chống lại động vật hoặc các mối nguy hiểm từ môi trường. Aharoni giải thích: “Thực tế là trong quá trình tiến hóa, hai loài thực vật không liên quan đến di truyền đã phát triển độc lập khả năng tạo ra các cannabinoid cho thấy rằng các hợp chất này thực hiện các chức năng sinh thái quan trọng.” “Cần nghiên cứu thêm để xác định những chức năng này là gì.”
Nhóm của ông đã tiến thêm một bước nữa những hiểu biết mới nhất của họ về di truyền cannabinoid, sử dụng chúng để tạo ra các enzym tạo ra cannabinoid mới được phát hiện ở cây thuốc lá. Các nhà nghiên cứu cũng đã tìm cách sử dụng các enzym này để tạo ra các cannabinoid thành phẩm trong nấm men, mở ra một phương pháp mới để sản xuất các hợp chất cho nghiên cứu và ngành công nghệ sinh học.
Trong tương lai, những phát hiện của nghiên cứu thậm chí có thể dẫn đến việc tạo ra các loại cannabinoid không tồn tại trong tự nhiên. Ví dụ, chúng có thể được thiết kế để liên kết tốt hơn với các dạng thụ thể cannabinoid ở người hoặc để đạt được các lợi ích điều trị cụ thể.
Các cannabinoid xuất hiện tự nhiên trong cây ô len cũng có thể mở ra những khả năng mới. Tiến sĩ Berman nói: “Bước thú vị tiếp theo sẽ là xác định các đặc tính của hơn 30 loại cannabinoid mới mà chúng tôi đã phát hiện và sau đó xem chúng có thể có những công dụng chữa bệnh nào.”
Phiên bản hóa học của CBG đóng vai trò là tiền thân của tất cả các loại cannabinoid – và đôi khi còn được gọi là “mẹ của tất cả các loại cannabinoid” – hiện diện trong những cây ô len với số lượng lớn, đạt tới 4,3% trọng lượng lá khô của loại cây này.
Nguồn: Plant Research Reaches a New High | Weizmann Wonder Wander
Đơn Vị Tài Trợ: