Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for cannabinoids production

BAB_9565-2Autore del lavoro candidato: Marco Martinelli

SINTESI CONTENENTE UNA BREVE DESCRIZIONE DEL LAVORO SVOLTO E DEI RISULTATI OTTENUTI: Il mio progetto di ricerca di tesi magistrale si pone come obbettivo lo sfruttamento del microrganismo Saccharomyces cerevisiae per la produzione dei principi attivi della Cannabis sativa. Cannabinoidi e Cannabis sativa sono oggetto di un lungo dibattito che negli ultimi mesi si è acuito sempre più. Da un lato abbiamo, in riferimento alla realtà italiana, una giurisprudenza non permissiva per la coltivazione della pianta ma che permette di consumare farmaci contenenti cannabinoidi come principio attivo, dall’altro lato abbiamo una realtà scientifica che evidenzia sempre più le proprietà terapeutiche dei principi attivi della pianta. I cannabinoidi ,infatti, sono una famiglia di composti terpenofenolici dalle spiccate attività farmacologiche a livello del sistema nervoso dove legano i recettori CB1 e CB2 esplicando un’attività antidolorifica ed antiemetica particolarmente indicata per pazienti affetti da cancro o AIDS. A fronte di queste importanti applicazioni e dei problemi legati a questa pianta, la mia idea è quella di riuscire a produrre cannabinoidi in bioreattori utilizzando cellule di lievito (Saccharomyces spp) , opportunamenete trasformate con gli enzimi della via di sintesi di questi metaboliti. Questa strategia supera le limitazioni legali e quindi consentirebbe di produrre cannabinoidi in quantità elevate abbattendo inoltre i costi della coltivazione e mantenimento della pianta. Qualora si riuscisse a ricostruire l’intera via biosintetica, una prospettiva ancor più interessante sarebbe quella di poter ottenere nuove gamme di cannabinoidi andando a modificare gli enzimi che li producono, creando in questo modo nuovi composti caratterizzati da minori effetti collaterali e migliori effetti benefici. Il mio lavoro è cominciato dal clonaggio dei geni della Cannabis sativa deputati alla formazione degli enzimi biosintetici in plasmidi galattosio inducibili, inseriti successivamente in cellule di lievito (S. cerevisiae) per le quali è stato messo a punto un protocollo di coltura in mezzo liquido in condizioni induttive (Galattosio) e non induttive (Glucosio). E’ stata studiata l’espressione dei geni c lonati attraverso realtime qPCR ed è stata verificata l’effettiva produzione di cannabinoidi nel microrganismo tramite cromatografia accoppiata a spettrometria di massa. I precursori dei cannabinoidi sono quindi stati identificati. La dimostrazione di avvenuta produzione dei composti a livello scientifico dimostra per prima cosa che i geni di Cannabis sativa fino ad ora identificati sono suffificienti a produrre cannabinoidi. La scoperta a livello sociale apre le porte a un nuovo business industriale farmaceutico che vede protagonista il microrganismo coltivato in bioreattori per la produzione di cannabinoidi utilizzabili per la formulazione di canabinoids-based drugs. Si stima che il costo di produzione di cannabinoidi in bioreattori sia del 50% in meno rispetto alla coltivazione della pianta. Il minor costo di produzione si deve a diverse ragioni: un consumo più efficiente di acqua e luce ma soprattutto un ciclo produttivo molto più veloce. L’innovazione prodotta da questa scoperta produce quindi un miglioramento nello sfruttamento di energia ed acqua ma anche una nuova via di produzione di cannabinoidi destinati a realizzare farmaci. In uno scenario sempre più interessato all’utilizzo di questi prodotti naturali per il trattamento del dolore, la mia tesi offre una soluzione per abbattere i costi dei farmaci, creare una produzione italiana, creare una nuova filiera il tutto in un’ottica di sostenibilità ambientale.

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