Wetenschappers van Wageningen University & Research (WUR) hebben een grote stap gezet in het ontrafelen van de evolutionaire oorsprong van de drie bekendste cannabinoïden: THC (tetrahydrocannabinol), CBD (cannabidiol) en CBC (cannabichromeen).
In een baanbrekende studie, gepubliceerd in het vooraanstaande Plant Biotechnology Journal werd voor het eerst op experimentele wijze aangetoond hoe de cannabisplant het vermogen ontwikkelde om deze stoffen aan te maken.
De studie: reconstructie van oer-enzymen
Het onderzoeksteam gebruikte een techniek die bekendstaat als ancestral sequence reconstruction (ASR), waarmee genetische sequenties van uitgestorven enzymen worden nagebootst op basis van de genen van moderne planten. Deze gereconstrueerde ‘oer-enzymen’ werden vervolgens in het laboratorium tot expressie gebracht en getest op hun vermogen om cannabinoïden te produceren.
In de huidige cannabisplant is de aanmaak van cannabinoïden verdeeld over verschillende gespecialiseerde enzymen, de zogenoemde cannabinoid synthases. Elk van deze enzymen is verantwoordelijk voor één specifieke stof zoals THC, CBD of CBC.
Uit het onderzoek blijkt echter dat deze specialisatie er vroeger nog niet was.
De evolutionaire voorlopers van deze enzymen konden meerdere cannabinoïden tegelijk produceren. In de loop van de evolutie zijn deze enzymen door genduplicatie opgesplitst en vervolgens steeds verder gespecialiseerd. Zo zijn uiteindelijk de afzonderlijke enzymen ontstaan die we vandaag de dag in cannabisplanten aantreffen.
Belangrijkste bevindingen
- De evolutionaire oorsprong van cannabinoïden ligt in een multifunctioneel enzym dat circa 30 miljoen jaar geleden ontstond.
- Door de reconstructie en synthese van dit enzym kon in het lab worden aangetoond dat het zowel CBCA (voorloper van CBC) als andere voorlopers produceerde.
- De genetische stappen richting specialisatie in THC- en CBD-synthase werden vervolgens gereconstrueerd, waarmee het evolutionaire pad duidelijk werd.
Toepassingen: meer dan fundamentele kennis
De resultaten zijn niet alleen van academisch belang. De gereconstrueerde enzymen blijken namelijk eenvoudiger, robuuster en makkelijker op te wekken in biotechnologische productiesystemen zoals gistcellen. Dit opent nieuwe deuren voor de grootschalige, gecontroleerde productie van cannabinoïden buiten de plant om.
Daarnaast is er bijzonder veel belangstelling voor het enzym dat CBC produceert. CBC is een minder bekende cannabinoïde met veelbelovende ontstekingsremmende en pijnstillende eigenschappen. Er bestaan momenteel echter geen cannabisvariëteiten met een hoog CBC-gehalte. Met het nu geïdentificeerde enzym zou men via genetische modificatie planten kunnen ontwikkelen die wél selectief CBC produceren – een mogelijke doorbraak in medicinale cannabisontwikkeling.
Wetenschappelijke relevantie
Volgens hoofdonderzoeker dr. Robin van Velzen laat deze studie zien hoe een evolutionair proces dat ooit gebaseerd was op ‘onvolmaakte’ enzymen uiteindelijk heeft geleid tot hypergespecialiseerde biochemische routes. Door deze stappen terug te volgen, begrijpen we niet alleen beter hoe planten zich hebben aangepast, maar ontdekken we ook nieuwe routes voor synthetische biologie en medische toepassingen.
Over de publicatie
De volledige studie is gepubliceerd in het vakblad Plant Biotechnology Journal onder de titel:
“Evolutionary reconstruction of cannabinoid biosynthesis reveals multiproduct enzymes and specialization pathways in Cannabis sativa”
DOI: 10.1111/pbi.70475
Dit onderzoek toont opnieuw aan hoe de combinatie van moderne genetica, evolutiebiologie en biotechnologie tot concrete innovaties kan leiden. Het biedt perspectief op de ontwikkeling van nieuwe cannabisvariëteiten en de productie van geneesmiddelen op basis van cannabinoïden – zónder afhankelijk te zijn van de plant zelf.
