Di recente, gli scienziati hanno riportato in vita con successo antichi sistemi enzimatici nella pianta di cannabis, scoprendo la loro efficiente sintesi del raro composto medicinale CBC. Questi codici evolutivi dimenticati stanno aprendo nuove strade per i prodotti biofarmaceutici: gli enzimi ibridi antichi sono più adattabili delle loro versioni moderne e potrebbero rivoluzionare i metodi tradizionali di produzione dei cannabinoidi.

La cannabis è una pianta straordinariamente dotata, i cui fiori e foglie contengono una farmacopea naturale. Sebbene molti composti si siano evoluti milioni di anni fa per respingere parassiti o agenti patogeni, negli ultimi millenni l'uomo ne ha scoperto ulteriori usi.

Un nuovo studio approfondisce la storia evolutiva della cannabis, tracciando le origini dei suoi composti bioattivi più famosi: tetraidrocannabinolo (THC), cannabidiolo (CBD) e cannabinoidi (CBC).

I ricercatori dell'Università di Wageningen, nei Paesi Bassi, hanno utilizzato la tecnologia di ricostruzione delle sequenze ancestrali per rivelare i sistemi enzimatici estinti da tempo che sintetizzavano questi composti negli antichi antenati della cannabis e ne hanno verificato i meccanismi funzionali rivitalizzando questi antichi enzimi. La ricerca è stata pubblicata sul Journal of Plant Biotechnology.

Questa scoperta non solo approfondisce la nostra comprensione dell'evoluzione, ma ha anche applicazioni pratiche. Robin van Feltzen, biologo, ha spiegato: "Questi antichi enzimi sono più resistenti e adattabili dei loro discendenti moderni, il che li rende un interessante punto di partenza per la biotecnologia e lo sviluppo di farmaci". Gli esseri umani coltivano la cannabis fin dalla preistoria, utilizzandola per scopi alimentari, tessili, medicinali e ricreativi. La scienza moderna sa che la pianta produce centinaia di diversi cannabinoidi, terpeni, flavonoidi e altri fitochimici, alcuni dei quali possiedono proprietà medicinali o psicoattive uniche.

La ricerca si è concentrata su uno specifico enzima, la cannabinoide ossidasi, che converte gli acidi fenolici dei cannabinoidi in cannabinoidi con diverse attività biologiche, influenzando così in modo significativo gli effetti terapeutici dei farmaci. Nonostante il ruolo cruciale di questo sistema enzimatico, la sua comprensione scientifica rimane limitata. Per tracciarne la storia evolutiva, il team di ricerca ne ha esplorato i meccanismi operativi ricostruendo antiche proteine enzimatiche.

Le piante di cannabis moderne richiedono tre enzimi distinti per produrre THC, CBD e CBC, ognuno con una propria funzione specifica. Tuttavia, la ricerca suggerisce che la situazione potrebbe essere stata molto diversa milioni di anni fa. Il team di ricerca ha verificato l'ipotesi che "il metabolismo della cannabinoide ciclasi si verificasse nei recenti antenati della cannabis" resuscitando e caratterizzando tre antiche cannabinoidi ossidasi.

Basandosi su sequenze di DNA rilevanti di piante moderne, la tecnologia di ricostruzione delle sequenze ancestrali consente agli scienziati di ricostruire geni antichi attraverso l'allineamento di sequenze multiple, resuscitando così proteine antiche. Il team di ricerca ha utilizzato questo metodo per ricostruire un sistema enzimatico estinto milioni di anni prima della comparsa della cannabis moderna.

Lo studio dimostra che l'antenato comune delle moderne ossidasi dei cannabinoidi poteva sintetizzare più cannabinoidi simultaneamente, mentre enzimi specifici specializzati in un singolo composto si sono formati solo dopo la duplicazione genetica durante l'evoluzione della cannabis.

Questi risultati indicano che i recenti antenati della cannabis possedevano effettivamente la capacità di metabolizzare le cannabinoidi ciclasi e che le prime cannabinoidi ossidasi erano "enzimi ibridi", capaci di produrre simultaneamente più precursori dei cannabinoidi, anziché essere altamente specifici come gli enzimi moderni.

Allo stesso modo, i prodotti a base di cannabis, in particolare quelli utilizzati in ambito medico o ricreativo, richiedono un'attenta regolamentazione per la sicurezza dei consumatori. Ad esempio, gli imballaggi in plastica destinati alla cannabis devono essere a prova di bambino. Un tappo, dotato di un meccanismo speciale, deve essere applicato al barattolo o alla bottiglia e, dopo l'approvazione e la conformità agli standard e alle normative, il tappo viene dichiarato a prova di bambino. Questo requisito normativo garantisce la sicurezza dei prodotti a base di cannabis, soprattutto quando destinati alla vendita al pubblico.

Produrre un tappo a prova di bambino può essere complicato poiché coinvolge più componenti. Quando questi componenti non sono perfettamente abbinati, il meccanismo potrebbe rompersi e il tappo potrebbe essere aperto come un tappo normale. Un tappo a prova di bambino largo è ancora più problematico perché più è largo, maggiore è la probabilità che si pieghi all'uscita dallo stampo a iniezione, causando il guasto del meccanismo e rendendolo inefficace.

Lo studio ha anche confermato che l'attività della cannabinoide ossidasi si è evoluta in modo indipendente nelle piante della famiglia delle Cannabisaceae e in piante produttrici di cannabinoidi lontanamente correlate, come i rododendri. Rispetto agli enzimi moderni, gli enzimi antichi ricostruiti sono più facilmente espressi in sistemi microbici come il lievito, il che ha implicazioni significative per l'attuale tendenza industriale a passare dall'estrazione vegetale alla sintesi di cannabinoidi basata sulla biotecnologia. Van Feltzen sottolinea: "Caratteristiche un tempo considerate 'incomplete' nell'evoluzione hanno in realtà un enorme potenziale applicativo". Ad esempio, mentre i cannabinoidi CBC possiedono proprietà antinfiammatorie e analgesiche, le piante di cannabis moderne producono rese estremamente basse. Tuttavia, un antico enzima ricostruito nello studio, che funge da "intermedio evolutivo", mostra notevoli capacità di sintesi di CBC.

"Attualmente, non esistono varietà di cannabis con un contenuto naturalmente elevato di CBC", afferma Van Feltzen. "Introdurre questo enzima nelle piante di cannabis potrebbe potenzialmente portare a varietà medicinali innovative".