Sequenciamento do genoma da cannabis: impacto, história e futuro ( reportagem de 2011 – comemorando quase 10 anos do genoma cannabis )

McKernan leu o trabalho de Etienne de Meijer enfatizando que o quimótipo da cannabis é estritamente governado pela genética, ⁵ “mas só conhecíamos as seqüências de CBD [ canabidiol ] e THC [ tetrahidrocanabinol ] sintase até o momento”.

“Ingenuamente, imaginei que poderíamos sequenciar todo o genoma por menos de US $ 50 mil e que isso deveria ser uma prioridade”, disse ele. “Acabou sendo muito mais complicado o genoma do que se poderia obter da literatura.”

Embora outros cientistas e organizações tenham trabalhado no sequenciamento da maconha, a Medicinal Genomics produziu a “maior coleção de genes conhecida” em mais de 131 bilhões de bases de sequência. ⁶ As bases sequenciais de C. sativa foram disponibilizadas em 18 de agosto no Amazon EC2 – um serviço público de computação em nuvem – via Nimbus Informatics , um site de gerenciamento de dados de código aberto. Um conjunto de dados também está disponível para download.

Impacto da decodificação de genoma

Antes do seqüenciamento do genoma da cannabis, eram conhecidos cerca de 12 genes da maconha, e agora dezenas de milhares são conhecidos, disse McKernan. Além disso, o genoma proporcionou uma melhor compreensão da genômica da THC sintase, além de mais de 2 milhões de variantes de nucleotídeo único.

McKernan também observou que o genoma tornou aparente que a THC sintase não é um gene com 2 cópias em um genoma diplóide, “como todos os artigos anteriores postularam”. Em vez disso, o recente seqüenciamento implica que o gene foi replicado 8 vezes – com a assistência potencial de um elemento transponivel – e divergiu.

Ao discutir a importância do genoma com a NPR, McKernan disse que permitirá aos cientistas investigar os genes que governam os compostos de maconha que não sejam THC e CBD, e sequenciar outras cepas de maconha para destacar diferentes características. ^{1 O} principal pesquisador de canabinóides, Ethan Russo, MD, considera essas possibilidades “muito emocionantes”.

“A publicação do genoma da cannabis é um desenvolvimento científico bem-vindo”, disse o Dr. Russo, “mas cujas aplicações potenciais ainda precisam ser determinadas. As possibilidades são atraentes e parece certo que muitas mentes capazes aplicarão sua imaginação à tarefa”. Todo fitocanabinóide que foi pesquisado de perto até agora demonstrou um potencial terapêutico único. Existem centenas de cepas disponíveis no mercado negro, mas elas não são necessariamente estáveis ​​e reproduzíveis ”(email, 22-29 de setembro de 2011).

O Dr. Russo acredita que as novas investigações mais promissoras que possam surgir do genoma poderiam ser na área da epigenética – o estudo das alterações hereditárias da função genética que ocorrem sem alteração no DNA – como determinar os fatores que regulam a produção de canabinóides, as vias biossintéticas, e regulação terpenóide.

“Um exemplo”, ele disse, “pode ser a produção de cepas com alto CBD . Alguns pesquisadores, como eu, acreditam que os terpenóides sinergizam os efeitos dos fitocanabinóides. Assim, pode ser teoricamente possível produzir plantas que expressem um canabinóide e um terpenóide como vantagem terapêutica, digamos no tratamento da ansiedade. ” ⁷

O seqüenciamento do genoma resultou em uma discussão que permitirá que os pesquisadores estudem a maconha sem realmente precisar usar plantas de maconha reais, o que pode ser difícil de obter dentro do rigoroso ambiente regulatório dos EUA em torno da maconha. Os pesquisadores poderiam estudar o genoma da cannabis por meio da bioinformática, disse McKernan, observando que o projeto do genoma humano possibilitou o entendimento de como reprogramar as células para serem capazes de produzir vários tipos de células diferentes, como as células-tronco adultas. O genoma da cannabis, disse ele, permitirá que as pessoas descubram novos genes relacionados à síntese de terpenóides, comparando a sequência com uva ( Vitis vinifera ) e lúpulo ( Humulus lupulus ).

“Isso não quer dizer que ninguém precisará da planta novamente”, disse McKernan. “Mas um público muito maior agora pode estudar legalmente a fábrica do que antes de 18 de agosto de 2011.”

Mas Donald Abrams,  professor de medicina clínica da Universidade da Califórnia em São Francisco, chefe de hematologia / oncologia do Hospital Geral de São Francisco e pesquisador do efeito da cannabis em humanos – enfatizou a importância de ter acesso ao material real de cannabis. “Já sabemos muito sobre a planta e seus componentes sem conhecer o genoma”, disse o Dr. Abrams (e-mail, 19 de setembro de 2011). “Você não precisa do genoma; você precisa da planta. ” ⁸

Trabalho Genético da Cannabis Anterior

Embora vários meios de comunicação tenham relatado a McKernan dizendo que pouco foi feito na genômica da cannabis, ^6,9 ele disse ao Conselho Botânico Americano (ABC): “Um artigo tirou um comentário de contexto e tornou-se viral nas notícias”.

Em vez disso, McKernan reconheceu que muito trabalho valioso foi concluído. “Muitas pessoas íntimas da ciência da cannabis ofereceram seu tempo para nos ajudar em bons lugares para aplicar esse trabalho nas áreas médica e de cânhamo”, disse ele. “Há muito trabalho de base anterior na síntese de THC e CBD, portanto há muito a aprender com a estrada que foi pavimentada até hoje”.

Segundo o Dr. Russo, “indiscutivelmente, os genes para os componentes mais versáteis em termos farmacológicos da cannabis já foram identificados”. ¹⁰O Dr. Russo, que é o consultor médico sênior da GW Pharmaceuticals – fabricante do Sativex®, um spray oromucoso contendo extratos de maconha que está em fase final de testes clínicos nos Estados Unidos para o tratamento da dor do câncer – explicou ainda: “Embora esse desenvolvimento , sem dúvida, estimulam uma investigação mais aprofundada, uma quantidade enorme de trabalho genético sobre a cannabis foi realizada anteriormente “.

Entre essas descobertas genéticas, o Dr. Russo listou a caracterização bioquímica e síntese de THC; clonagem e cristalização de THCA sintase; purificação e sequenciação de ácido canabidiolico; e o isolamento da THCA sintase e a identificação de um polimorfismo único de nucleotídeo único a partir de uma amostra antiga de maconha encontrada em uma tumba chinesa. ^10,11

Além disso, o Dr. Russo observou que as cepas de THC, -CBD, -CBG e -CBC de plantas de cannabis já foram produzidas, assim como as cepas de THCV, -CBDV, -CBGV e -CBCV que estão sendo pesquisadas atualmente .

“Um grande trabalho já foi feito na CBD e THC sintase”, disse McKernan, “e todos os canabinóides mencionados acima são derivados dessas duas vias isoladas. A próxima pergunta é o que faz com que os outros 77 canabinóides estejam na planta? ”

Embora algumas notícias relatem que o genoma permitirá que os cientistas produzam plantas de cannabis sem canabinóides, McKernan disse em sua entrevista à ABC que isso já foi realizado e esclareceu que ele espera que o genoma dê aos cientistas uma melhor compreensão dos caminhos dos canabinóides. que pode ser regulado para cima ou para baixo.

McKernan observou o genoma da erva daninha da mostarda ( Arabidopsis thaliana ) – o primeiro genoma de plantas a ser sequenciado – que, segundo se diz, potencialmente possibilita que “as culturas sejam cultivadas sem pesticidas ou em solo mais pobre… ajude as plantas nativas a combater invasões espécies … e trazer novos medicamentos para os seres humanos. ” ¹²

“Todo genoma da planta que foi decodificado resultou em uma mudança radical no campo”, disse McKernan. “Eu acho que seria chamado de míope se alegasse que a genética da cannabis termina nas seqüências de RNA canabinóides em termos de potencial para a planta quando se considera o cânhamo e as muitas incógnitas sobre a genética que governa as vias terpenóides e canabinóides.

“Em comparação com outros genomas vegetais, como Arabidopsis, onde centenas e milhares de genomas estão sendo seqüenciados”, Continuou McKernan,” a maconha era um deserto e nosso trabalho simplesmente construiu um aqueduto, mas de nenhuma maneira a torna uma floresta tropical. A referência que temos até hoje ainda é um rascunho. O importante a ser observado é que, uma vez que você tenha um genoma de referência, poderá aproveitar essas ferramentas de sequenciamento genético seguinte para reduzir tremendamente todo o custo do sequenciamento genômico.

McKernan disse que espera que o genoma abra uma investigação sobre a razão por trás dos baixos níveis de expressão dos outros canabinóides, e se eles poderiam ser regulados para serem mais expressos, e quais genes são responsáveis ​​por esses canabinóides. A Medicinal Genomics, que também possui escritórios na Holanda, está atualmente trabalhando para sequenciar o genoma de C. indica – que McKernan disse ter uma montagem 50% maior que a montagem pública da cepa Chemdawg de C. sativa sequenciada – e será lançada como um aplicativo para iPad®.

—Lindsay Stafford TRECH retirado do site http://cms.herbalgram.org/

Referências

1. Barclay E. Buzz kill: genoma da maconha sequenciado para a saúde, não altos. Rádio Pública Nacional. 19 de agosto de 2011: Shots NPR Health Blog. Disponível em: www.npr.org/blogs/health/2011/08/19/139762352/cracking-the-marijuana-genome-in-search-of-therapeutic-highs . Acessado em 28 de setembro de 2011.

2. Código genético da cannabis relatado desbloqueado. CBS News. 18 de agosto de 2011. Disponível em: www.cbsnews.com/stories/2011/08/18/scitech/main20094132.shtml . Acessado em 28 de setembro de 2011.

3. A ciência quebra o genoma da cannabis. Salve Mary Jane. 29 de agosto de 2011. Disponível em: http://hailmaryjane.com/science-cracks-the-cannabis-genome/ .

4. Blázquez C, Salazar M, Carracedo A, et al. Os canabinóides inibem a invasão de células do glioma pela regulação da expressão da metaloproteinase-2 da matriz. Cancer Res . 2008; 68 (6): 1945-52.

5. de Meijer EP, Bagatta M, Carboni A, et al. A herança do fenótipo químico em Cannabis sativa L. Genetics . 2003; 163 (1): 335-46.

6. Genômica Medicinal sequencia o genoma da cannabis usando o sistema GS FLX + da roche [press release]. Branford, CT: Roche. 18 de agosto de 2011. Disponível em: www.roche.com/media/media_releases/med_dia_2011-08-18b.htm . Acesso em 3 de outubro de 2011.

7. Russo E. Domar o THC: sinergia potencial de maconha e efeitos da comitiva de fitocanabinóides e terpenóides. British Journal of Pharmacology . 2011; 163: 1344-1364.

8. DNA de Tirrell M. Marijuana sequenciado na inicialização em busca de usos medicinais. Bloomberg. 17 de agosto de 2011. Disponível em: www.bloomberg.com/news/2011-08-18/marijuana-dna-sequenced-by-startup.html . Acessado em 28 de setembro de 2011.

9. A startup Johnson C. Marblehead procura desvendar os segredos da maconha. Globo de Boston . 18 de agosto de 2011. Disponível em: http://articles.boston.com/2011-08-18/news/29901462_1_sequencing-cannabis-genetic-blueprint . Acesso em 3 de outubro de 2011.

10. Genoma Russo E. Cannabis sem capa: comentário sobre as implicações científicas. Artigo para a Sociedade Internacional de Pesquisa sobre Canabinóides. Não publicado. Enviado a L. Stafford por E. Russo, 22 de setembro de 2011.

11. Russo E, Jiang HE, Li X, et al. Análises fitoquímicas e genéticas de maconha antiga da Ásia Central. Revista de Botânica Experimental . 2008; 59 (15): 4171–4182.

12. Hansen A. O genoma de uma planta pequena tem um enorme impacto. Fundação Nacional de Ciências. 23 de julho de 2004. Disponível em: www.nsf.gov/discoveries/disc_summ.jsp?cntn_id=100162 . Acessado em 2 de outubro de 2011.