科學(xué)家復(fù)活了已滅絕的大麻酶并追溯了該藥物的起源

大麻是一種才華橫溢的植物，花朵和葉片中隱藏著藥典般的色彩。許多化合物在數(shù)百萬(wàn)年前進(jìn)化出來(lái)，用來(lái)驅(qū)趕害蟲(chóng)或病原體，但近幾千年來(lái)人類(lèi)也發(fā)現(xiàn)了更多用途。

一項(xiàng)新研究深入探討大麻的歷史，探討其一些最著名生物活性化合物的進(jìn)化起源——四氫大麻酚（THC），大麻二酚（CBD），以及大麻（加拿大廣播公司）。

采用一種稱為祖先序列重建（ASR），荷蘭瓦赫寧根大學(xué)與研究中心的研究人員揭示了那些在大麻祖先中產(chǎn)生這些化合物的早已滅絕的酶。他們還“復(fù)活”了古老的酶，以測(cè)試它們的功能。

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雖然他們的發(fā)現(xiàn)有助于我們理解進(jìn)化，但也具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

“這些祖先酶比其后代更為強(qiáng)健和靈活，”解釋生物系統(tǒng)學(xué)科學(xué)家羅賓·范·費(fèi)爾岑，“這使得它們成為生物技術(shù)和制藥研究新應(yīng)用的極具吸引力的起點(diǎn)?！?/p>

我們自史前時(shí)代以來(lái)就種植大麻，用它來(lái)做食物、織物、藥品和娛樂(lè)。如今，科學(xué)家們知道這種植物可以生產(chǎn)數(shù)百種不同的產(chǎn)品大麻素,萜烯,類(lèi)黃酮以及其他植物化學(xué)物質(zhì)，其中一些具有獨(dú)特的藥用或精神活性特性。

該研究聚焦于一種被稱為大麻素氧化環(huán)化酶的特定酶，這些酶能夠轉(zhuǎn)化大麻二酚酸（CBGA）轉(zhuǎn)化為其他含有不同成分的大麻素生物活性因此，對(duì)大麻的治療潛力產(chǎn)生了重大影響。

盡管大麻素氧化環(huán)化酶的重要性顯而易見(jiàn)，但這些酶的理解仍然有限。由于對(duì)它們的歷史和機(jī)制知之甚少，作者們?cè)噲D通過(guò)追溯它們的歷史——并重建它們已滅絕的祖先——來(lái)了解更多關(guān)于它們的信息。

對(duì)于現(xiàn)代大麻植物來(lái)說(shuō)，THC、CBD和CBC的生產(chǎn)依賴于三種不同的酶，每種酶專(zhuān)門(mén)合成其中一種大麻素。然而，研究作者認(rèn)為，數(shù)百萬(wàn)年前情況可能有所不同。

“通過(guò)復(fù)活并鑒定三種祖先大麻素氧化環(huán)化酶，我們實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了CBGA代謝出現(xiàn)在大麻近期祖先中的假說(shuō)，”他們寫(xiě).

基于現(xiàn)代植物中相關(guān)DNA序列的啟發(fā)，ASR使科學(xué)家能夠從以下基因中重建祖先基因。多重序列比對(duì)使得復(fù)活古代蛋白質(zhì)成為可能。

通過(guò)這種方法，團(tuán)隊(duì)重現(xiàn)了數(shù)百萬(wàn)年前滅絕的大麻酶，即現(xiàn)代大麻（或現(xiàn)代人類(lèi)）出現(xiàn)之前的狀態(tài)。

現(xiàn)代大麻素氧化環(huán)化酶的共同祖先顯然可以同時(shí)產(chǎn)生多種不同類(lèi)型的大麻素。專(zhuān)門(mén)針對(duì)單一化合物的酶是在大麻進(jìn)化過(guò)程中基因復(fù)制后才出現(xiàn)的。

這些結(jié)果表明，CBGA的代謝能力確實(shí)出現(xiàn)在一個(gè)較新的大麻祖先中，早期的大麻素氧化環(huán)化酶是“雜交”酶，產(chǎn)生多種大麻素的前體，而非像現(xiàn)代對(duì)應(yīng)物那樣專(zhuān)注于一種。

研究人員還“確認(rèn)大麻素氧化環(huán)化酶活性的獲得是獨(dú)立發(fā)生的”，在大麻家族及遠(yuǎn)緣的產(chǎn)生大麻素植物如杜鵑中寫(xiě).

團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)代酶相比，重建的祖先更容易在酵母細(xì)胞等微生物中生成。鑒于大麻素生產(chǎn)日益關(guān)注的生物技術(shù)而非植物學(xué)方法，這一點(diǎn)尤為重要。

“曾經(jīng)看似進(jìn)化上'未完成'的東西，最終變得非常有用，”他說(shuō)范·費(fèi)爾岑。

例如，CBC是一種據(jù)報(bào)道具有抗炎和鎮(zhèn)痛特性的大麻素，但現(xiàn)代大麻植物幾乎不會(huì)產(chǎn)生這種成分。

然而，新研究中重建的一種古老酶代表了一種“進(jìn)化中間體”，在CBC產(chǎn)生方面表現(xiàn)出色。

范·維爾岑：“目前，沒(méi)有任何大麻植物具有天然高的CBC含量他說(shuō).“因此，將這種酶引入大麻植物可能會(huì)帶來(lái)創(chuàng)新的藥用品種?！?/p>

該研究發(fā)表于植物生物技術(shù)雜志.

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