Pour la première fois, des biologistes végétaux ont défini les « hacks » à haute efficacité que les cellules de cannabis utilisent pour fabriquer des cannabinoïdes (THC/CBD). Bien que de nombreuses entreprises de biotechnologie tentent actuellement de produire du THC/CBD en dehors de la plante dans des cultures de levure ou de cellules, on ignore en grande partie comment la plante le fait naturellement.
« Cela nous aide vraiment à comprendre comment les cellules des trichomes de cannabis peuvent pomper des quantités massives de tétrahydrocannabinol (THC) et de terpènes – des composés toxiques pour les cellules végétales en grande quantité – sans s’empoisonner », déclare le Dr Sam Livingston, botaniste. à l’Université de la Colombie-Britannique qui a dirigé la recherche.
« Ce nouveau modèle peut éclairer les approches de biologie synthétique pour la production de cannabinoïdes dans la levure, qui est couramment utilisée en biotechnologie. Sans ces » astuces « , ils n’obtiendront jamais une production efficace. »
Pendant des siècles, les humains ont cultivé le cannabis pour les propriétés pharmacologiques résultant de la consommation de ses métabolites spécialisés, principalement le CBD et les terpénoïdes. Aujourd’hui, la production sur le marché mondial du cannabis de 20 milliards de dollars repose en grande partie sur l’activité biologique de minuscules amas de cellules, appelés trichomes glandulaires, que l’on trouve principalement sur les fleurs de la plante.
L’étude, publiée aujourd’hui dans Biologie actuellerévèle les microenvironnements dans lesquels le THC est produit et transporté dans les trichomes de cannabis, et met en lumière plusieurs points critiques dans la voie de fabrication du THC ou du CBD dans la cellule.
Le Dr Livingston et le co-auteur, le Dr Lacey Samuels, ont utilisé la congélation rapide des trichomes glandulaires du cannabis pour immobiliser les structures cellulaires de la plante et les métabolites in situ. Cela leur a permis d’étudier les trichomes glandulaires du cannabis à l’aide de microscopes électroniques qui ont révélé la structure cellulaire au niveau nano, montrant que les cellules métaboliquement actives du cannabis forment une « supercellule » qui agit comme une minuscule biousine métabolique.
Jusqu’à présent, les approches de biologie synthétique se sont concentrées sur l’optimisation des enzymes responsables de la fabrication du THC/CBD, comme la construction d’une usine avec les machines les plus efficaces pour fabriquer autant de produits que possible. Cependant, ces approches n’ont pas développé de moyen efficace pour déplacer des substances intermédiaires d’une enzyme à une autre, ou de l’intérieur de la cellule vers l’extérieur de la cellule où les produits finaux peuvent être collectés. Cette recherche aide à définir les « routes d’expédition » subcellulaires que le cannabis utilise pour créer un pipeline efficace des matières premières aux produits finis sans accumuler de toxines ou de déchets.
« Pendant plus de 40 ans, tout ce que nous pensions sur les cellules de cannabis était inexact car il était basé sur une microscopie électronique datée », explique le Dr Samuels, biologiste des cellules végétales à l’UBC. « Ce travail définit comment les cellules de cannabis fabriquent leur produit. C’est un changement de paradigme après de nombreuses années, produisant une nouvelle vision de la production de cannabinoïdes. Ce travail a été difficile, en partie en raison de l’interdiction légale et aussi en raison du fait qu’aucun protocole pour le la transformation génétique du cannabis a été publiée. »
Samuel J. Livingston et al, Une supercellule polarisée produit des métabolites spécialisés dans les trichomes de cannabis, Biologie actuelle (2022). DOI : 10.1016/j.cub.2022.07.014