Cientistas ressuscitaram enzimas extintas da cannabis e rastrearam suas origens

A cannabis é uma planta versátil, que esconde uma farmacopeia em suas flores e folhagem. 

Com informações de Science Alert.

Muitos dos compostos da cannabis evoluíram milhões de anos atrás para repelir pragas ou patógenos, mas os humanos descobriram alguns usos adicionais nos últimos milênios.

Um novo estudo investiga a fundo o passado da cannabis para explorar as origens evolutivas de alguns de seus compostos bioativos mais famosos: o tetraidrocanabinol (THC), o canabidiol (CBD) e o canabicromeno (CBC).

Utilizando uma técnica chamada reconstrução de sequência ancestral (ASR, na sigla em inglês), pesquisadores da Universidade e Centro de Pesquisa de Wageningen, na Holanda, elucidaram enzimas há muito extintas que produziam esses compostos em um ancestral da cannabis. Eles também “ressuscitaram” as enzimas ancestrais para testar seu funcionamento.

Embora suas descobertas sejam valiosas por contribuírem para nossa compreensão da evolução, elas também têm aplicações práticas.

“Essas enzimas ancestrais são mais robustas e flexíveis do que suas descendentes”, explica o cientista de biossistemática Robin van Velzen, “o que as torna pontos de partida muito atraentes para novas aplicações em biotecnologia e pesquisa farmacêutica.”

Cultivamos cannabis desde a pré-história, utilizando-a para alimentação, tecidos, medicamentos e lazer. Hoje, os cientistas sabem que a planta pode produzir centenas de canabinoides, terpenos , flavonoides e outros fitoquímicos diferentes, alguns dos quais possuem propriedades medicinais ou psicoativas únicas.

O estudo concentra-se em enzimas específicas conhecidas como canabinóides oxidociclases, que convertem o ácido canabigerólico (CBGA) em vários outros canabinóides com diferentes efeitos bioativos, exercendo assim uma influência significativa sobre o potencial terapêutico da cannabis.

Apesar da clara importância das oxidociclases canabinóides, essas enzimas ainda são pouco compreendidas. Com pouca clareza sobre sua história ou mecanismo de funcionamento, os autores buscaram aprender mais sobre elas, retraçando sua história e reconstruindo seus ancestrais extintos.

Nas plantas de cannabis modernas, a produção de THC, CBD e CBC depende de três enzimas distintas, cada uma especializada na produção de apenas um dos canabinoides. Segundo os autores do estudo, porém, o processo pode ter sido diferente milhões de anos atrás.

“Ao ressuscitar e caracterizar três oxidociclases canabinóides ancestrais, testamos experimentalmente a hipótese de que a metabolização do CBGA surgiu em um ancestral recente da cannabis”, escrevem eles.

Com base em sequências de DNA relacionadas em plantas modernas, a Reconstrução de Sequências Ancestrais (ASR) permite que os cientistas reconstruam um gene ancestral a partir de um alinhamento de múltiplas sequências, possibilitando a ressurreição de proteínas antigas.

Utilizando essa abordagem, a equipe recriou enzimas extintas da cannabis tal como eram milhões de anos atrás, antes do surgimento da cannabis moderna (ou dos humanos modernos).

O ancestral comum das oxidociclases canabinóides modernas aparentemente conseguia produzir vários tipos diferentes de canabinóides simultaneamente. Enzimas especializadas em um único composto só surgiram posteriormente, após duplicações gênicas que ocorreram durante a evolução da cannabis.

Esses resultados sugerem que a capacidade de metabolizar o CBGA surgiu em um ancestral recente da cannabis e que as primeiras oxidociclases de canabinoides eram enzimas “promíscuas”, produzindo precursores para múltiplos canabinoides em vez de se especializarem em apenas um, como fazem suas contrapartes modernas.

Os resultados também “confirmam que a aquisição da atividade da oxidociclase canabinóide surgiu independentemente” na família da cannabis e em plantas produtoras de canabinóides distantemente relacionadas, como os rododendros, escrevem os pesquisadores.

Em comparação com as enzimas modernas, os ancestrais reconstruídos eram mais fáceis de produzir em micróbios como células de levedura, descobriu a equipe. Isso é relevante, considerando o crescente foco em métodos biotecnológicos em vez de botânicos para a produção de canabinoides.

“O que antes parecia ‘inacabado’ do ponto de vista evolutivo acaba se revelando extremamente útil”, afirma van Velzen.

O CBC, por exemplo, é um canabinóide que possui propriedades anti-inflamatórias e analgésicas, mas as plantas de cannabis modernas não produzem muito dele.

Uma enzima ancestral reconstruída no novo estudo, no entanto, representa um “intermediário evolutivo” que se destaca na produção de CBC.

“Atualmente, não existe nenhuma planta de cannabis com um teor naturalmente elevado de CBC”, afirma van Velzen . “A introdução dessa enzima em uma planta de cannabis poderia, portanto, levar a variedades medicinais inovadoras.”

O estudo foi publicado no periódico Plant Biotechnology Journal.

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