如果讓你選一種最喜歡的微生物，釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）會是一個不錯的選擇。眾所周知，它可以將葡萄汁轉化為葡萄酒，穀物麥芽漿轉化為啤酒，麵糰轉化為麵包。在過去的幾十年裡，科學家們已經破解了酵母的基因組，使其產生不太美味但可以說更重要的物質，包括胰島素等激素和阿片類藥物等藥品。現在，它正在大量生產大麻素，即大麻中發現的化合物。
由加州大學伯克利分校化學工程和生物工程教授傑伊·基斯林領導的研究人員，對釀酒酵母進行了基因改造，使其能夠生產兩種最常見的大麻素：四氫大麻酚 (THC) 和大麻二酚 (CBD)。他們聲稱，他們的方法還可以生產能夠製造任何其他天然大麻素以及一些全新變種的微生物。某些大麻素具有治療多種疾病的潛力，但需要更多的研究來區分炒作與醫療現實。
在週三發表於《自然》雜誌的新研究中，科學家們將控制大麻植物代謝途徑的已知基因序列轉移到酵母中。由此產生的微生物可以將一種名為半乳糖的糖轉化為中間化學物質，並利用這些化學物質合成大麻萜酚酸 (CBGa)——所謂的“母體大麻素”，它可以發展成幾種其他化合物。最後，每種不同的酵母菌株將 CBGa 轉化為不同的 大麻素。“生產 THC 的酵母與生產 CBD 的酵母不同，但它們只相差一個基因——那是途徑中的最後一個基因，它將 CBGa 轉化為 CBD 或 THC，”基斯林說。“這項技術的美妙之處在於，你可以將其替換為稀有大麻素。”
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。
大麻含有100 多種不同的大麻素，但它們中的大多數濃度遠低於 CBD 和 THC。由於植物產生的稀有物質含量非常少，因此生產成本更高。即使研究人員成功提取它們，這些化合物也經常被更常見的同類物質的痕跡汙染。酵母可以生產更純淨版本的這些大麻素，使稀有品種的價格與更受歡迎的品種持平。“這是一個生產目前認為存在於大麻中的所有大麻素以及所有你永遠不會在任何生物體中找到的非天然大麻素的平臺，”基斯林說。是什麼讓其中一些“非天然”？通常，大麻植物會將一種名為己酸的化學物質（人類用作廉價食品新增劑）摻入大麻素中。當基斯林的團隊將不同的化學物質新增到酵母的含糖飲食中時，轉基因微生物摻入了這些物質而不是己酸，從而產生了新的、前所未見的化合物。
將大麻素投入測試
“在那些稀有或非天然的大麻素中，可能有一兩種重磅藥物，”基斯林說。但是，要揭示潛在的醫療應用還需要進行更多的研究——科學家們已經在忙於研究更著名的大麻素的影響。例如，CBD 在治療癲癇、創傷後應激障礙 (PTSD) 和成癮等問題方面顯示出前景，而不會產生精神活性 THC 那樣的高度興奮感。然而，圍繞 CBD 的炒作速度超過了對其進行的科學研究；支持者對其治療幾乎所有疾病（從溼疹到癌症）的能力提出了未經證實的說法。這種宣傳已經成為主流，咖啡店將 CBD 加入選單，作為一種所謂的焦慮症治療方法，而線上供應商則銷售標籤不準確的提取物。
為了找到這些化合物的真正應用，研究人員必須測試大麻素對人類的影響。然而，這種新的生物合成方法可能無法解決這個問題。“CBD 或任何大麻素是來自植物，還是人工合成，還是來自酵母，這都無關緊要。如果最終產品仍然是違禁物質，它就不會增加可及性，”紐約市西奈山伊坎醫學院成癮研究所主任亞斯敏·赫德說，她沒有參與這項新研究。美國緝毒局將 CBD 等大麻衍生物質歸類為 Schedule I 類藥物——這一類別包括海洛因。這妨礙了像赫德這樣的研究人員，她研究 CBD 如何影響渴望和焦慮——這些都是導致阿片類藥物成癮的因素。“進行更多的研究真的非常重要——只有到那時，我們才能看到 CBD 或人們聲稱的其他特定大麻素……是否能夠治療這些症狀和疾病，”她說。
基斯林同意，儘管州法律較為寬鬆，但聯邦政府對大麻測試的限制使得研究變得困難——“在法律改變之前，沒有辦法繞過這一點，”他說。“但這種方法可以提供一些你永遠無法從大麻中提取出來的非常稀有的大麻素，因為它們的產量非常少。誰知道呢——其中一種可能比 CBD 或 THC 更好。”
一個蓬勃發展的產業
無論酵母製造的大麻素是否對研究有所幫助，它們肯定會產生商業影響。基斯林估計，他的方法生產大麻素的成本可能等於或低於農業大麻生產所需的成本。他創立了 Demetrix 公司，從伯克利獲得其新技術的許可，並開發商業大麻素生產。他有很多競爭對手。去年，生物技術初創公司 Librede 和 Gingko Bioworks 分別宣佈了一項從酵母生產 CBD 的專利，以及與大麻公司 Cronos Group 達成的數百萬美元的合作伙伴關係。Demetrix 執行長傑夫·尤伯薩克斯估計，大約有 15 到 20 家其他公司正在競爭將酵母細胞變成小型大麻素工廠。
然而，基斯林聲稱他的團隊是第一個開發出僅依賴糖的過程的團隊——他的酵母可以僅從半乳糖中製造大麻素，而無需額外的、更昂貴的成分。此外，尤伯薩克斯表示，新的酵母生產大麻素的速度比其他菌株高几個數量級。“以前的工作已經確定了你所需的基本部件，但產量非常低，”他說，並將產量比作小型汽車發動機的產量。他說，基斯林“發現了一個新的 DNA 片段，它更像一個噴氣發動機。”
儘管如此，這家初創公司的爆炸式增長並不會比 CBD 拿鐵的興起更能幫助像赫德這樣的研究人員。“問題是，這些公司沒有將任何資金投入到研究中，”她說。她補充說，他們對知識的進步沒有任何貢獻。如果沒有進一步的研究，聯邦政府將不會批准更多的大麻素用途——美國食品和藥物管理局僅批准了一種含有大麻衍生物質的藥物（癲癇藥物 Epidiolex，其中包括 CBD）。赫德有一個打破這種迴圈的想法。“對這些公司徵稅，並將稅款用於研究，”她說。“對於那些想在 CBD 領域賺大錢的公司，比如說，‘好吧，這是你的貢獻。’ 讓我們完成研究，這樣[聯邦政府]就可以批准更多。”