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Scienza

I ricercatori alla fine scoprono i geni che producono THC e CBD

Il DNA animale e vegetale condivide la forma della doppia elica.
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Mentre il genoma della pianta di cannabis è stato sequenziato in 2011, i ricercatori hanno lottato per isolare i geni responsabili della produzione delle due sostanze chimiche più importanti nella pianta.

Fino ad ora. Uno sforzo congiunto Canada-USA ha aiutatoidentificatore i geni che producono THC (il componente che causa il volo stazionario) e il CBD (il composto più noto per le sue applicazioni mediche).

Gli esseri umani consumano cannabis da millenni, ma gli scienziati sono ancora in gran parte inconsapevoli della nascita dei composti chimici della pianta (cannabinoidi) che colpiscono gli esseri umani ... Tuttavia, una scoperta rivelata dalla prima mappa del genoma della cannabis, quindi la disposizione dei geni sui cromosomi, ci rivela che i vecchi virus antichi avrebbero colonizzato il genoma della pianta e accelerato il processo evolutivo del suo DNA per offrirci il THC e CBD...

L'ostacolo principale alla scoperta di questi geni un sacco di quello che i ricercatori chiamano "DNA spazzatura" informazione genetica che è stata rilasciata nel il genoma della cannabis dai virus durante gli anni della sua evoluzione. Infatti, tra 70 e 75 per cento del DNA di marijuana e canapa proviene da queste fonti retrovirale, ha detto Tim Hughes, un genetista molecolare presso il Centro Donnelly per cellulare e biomolecolare di ricerca presso l'Università di Toronto.

Ad esempio i retrovirus: come l'HIV, sono in grado di inserire il loro DNA nei genomi di altre specie, dice Hughes.

"Gli esseri umani, le piante e praticamente tutti gli organismi hanno qualcosa del genere - circa la metà del genoma umano risale a fonti virali.

Secondo i ricercatoriQuesta scoperta faciliterà notevolmente la manipolazione dei livelli di THC e CBD medicinali contenuti nella pianta per soddisfare le diverse preferenze dei pazienti nel mercato canadese appena legalizzato.

"Puoi gestire un gene solo quando sai dove si trova"

ha detto Harm van Bakel, uno dei collaboratori dello studio, che è anche un esperto nel campo della genomica presso la Scuola Icahn di Medicina Mount Sinai di New York.

"E devi anche conoscere il resto del sequenziamento del genoma in modo da poter indirizzare in modo univoco il gene di interesse e non essere distratto da ... altre cose che sembrano simili", ha detto Bakel. La stella di Toronto.

Ma non solo questa massa di DNA virale ha impedito ai ricercatori di vedere i geni THC e CBD, ma probabilmente ha anche contribuito al loro sviluppo. Hughes afferma che i meccanismi cellulari che normalmente manterrebbero l'ordine genetico potrebbero essere vanificati dalle lunghe e ripetute sequenze del DNA virale circostante. E invece di mantenere i geni nella loro forma originale, i meccanismi difettosi avrebbero riorganizzato il loro sequenziamento per produrre gli attuali schemi genetici. L'esposizione dei meccanismi cellulari al DNA virale può causare errori che portano a cambiamenti genetici in piante come la cannabis.

Secondo Tim Hughes, questi "errori" hanno "quasi certamente" favorito lo sviluppo dei geni THC e CBD della pianta.

Lo studio, di cui una versione preliminare è stata pubblicata online questo mese dalla rivista Ricerca sul genoma, ha anche dimostrato che THC e CBD sono prodotti da geni distinti.
L'esistenza di un altro gene attivo che produce un prodotto noto come cannabichromone o CBCpuò avere effetti sia medicinali che leggermente intossicanti nell'uomo.

Un altro motivo per cui i geni erano sfuggiti agli scienziati era lo status illegale della pianta. Ironia della sorte, anche se si capisce abbastanza bene come il THC e CBD colpiscono gli esseri umani, non si sa come i geni che li producono sono per la pianta stessa.

La scoperta dei geni renderà molto più facile coltivare la cannabis con livelli specifici dei due composti primari. Permette anche ai ricercatori di determinare quali geni sono responsabili sapore e odore che caratterizzano i diversi ceppi. Tuttavia, anche se il genoma con cromosomi 10 è stato sequenziato in 2011, la posizione di questi geni chiave è rimasta nascosta in un oceano di DNA virale fino ad oggi ...

La mappa cromosomica della cannabis

"La mappa cromosomica è un'importante risorsa fondamentale per il perseguimento della ricerca che, nonostante l'uso diffuso della cannabis, è rimasta indietro rispetto ad altre culture a causa della legislazione restrittiva", dice Tim Hughes, professore presso Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research e co-fondatore dello studio.

Secondo Hughes, questi virus avrebbero potuto accelerare un processo di evoluzione che portò alla mutazione di un singolo gene enzimatico nella cannabis in due geni, che alla fine ci avrebbero dato il THC e il CBD.

"Le proteine ​​[per THC e CBD] sono incorporate in questo enorme pasticcio di sequenze simili a virus. Queste sequenze sono note per facilitare il riarrangiamento del cromosoma e sono in realtà un po 'pericolose. "

I vecchi virus hanno contribuito all'evoluzione della canapa

Gli enzimi che producono THC e CBD sono codificati dai geni dell'acido cannabidiico sintetico THCA e CBDA, rispettivamente. Entrambi sono sul cromosoma 6 dei dieci cromosomi in cui è condizionato il genoma della cannabis. Lì, i geni dell'enzima sono circondati da grandi strisce di DNA strapazzato da virus che hanno colonizzato il genoma milioni di anni fa. Questo DNA virale, o elementi retrò come viene chiamato, ha fatto copie di se stesso che si sono diffuse attraverso il genoma saltando in altri siti del DNA della cellula ospite.

Le sequenze genetiche delle synthas THCA e CBDA sono quasi identiche, il che conferma l'idea che provengano dallo stesso gene che è stato duplicato milioni di anni fa. Nel corso del tempo, una o entrambe le copie del gene sono state strapazzate invadendo i retroelementi e, evolvendosi separatamente, alla fine hanno prodotto due diversi enzimi: CBDA sintasi trovata in canapa (tipo di fibra) e THCA sintasi in il tipo di droga (marijuana).

È difficile dire quale fosse la cannabis prima che gli antichi virus aiutassero a sviluppare le proprietà che conosciamo oggi. Ma secondo Hughes, alcuni dei suoi parenti più stretti sono piante innocue come il gelso e il luppolo ...

I ricercatori si aspettano che la mappa acceleri gli sforzi di allevamento per creare nuovi ceppi con le proprietà mediche desiderate e le varietà che possono essere coltivate in modo più sostenibile o con maggiore resistenza a malattie e parassiti.

Poiché gli enzimi sono così simili a livello del DNA, non è stato nemmeno chiaro fino a questo studio se sono codificati da geni distinti o da due versioni dello stesso gene. Il fatto che la maggior parte dei ceppi produca sia CBD che THC nonostante gli sforzi degli allevatori di coltivare varietà di canapa prive di HTV per gli utenti che cercano di evitarlo ha aggiunto alla confusione.

La mappa cromosomica ora mostra chiaramente che sono in gioco due geni distinti, che dovrebbero consentire loro di essere separati durante la riproduzione per far crescere le piante prive di THC.

Qual è il punto?

Tali carte sono essenziali per migliorare la nostra comprensione impoverita della pianta di cannabis. La mappa di Hughes e colleghi sta già pagando dividendi oltre la scoperta del possibile ruolo dei virus nella produzione di THC e CBD. Secondo i ricercatori, hanno anche identificato un gene responsabile della produzione di un terzo cannabinoide chiamato CBC.

E c'è ancora molto da imparare su una pianta che molte persone consumano regolarmente, ma la scienza non ha ancora capito.

Secondo Hughes, "È un caso che il THC e il CBD abbiano effetti sulle persone, partendo dal presupposto che questi composti si sono sviluppati molto prima che gli esseri umani camminino sulla Terra ...



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