作者:唐一尘 来源:中国科学报 发布时间:2018/10/23 11:03:58
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当大麻合法后……
加拿大科学家对“被禁植物”研究跃跃欲试

在位于加拿大的Anandia实验室,大麻样本在专门的光照下生长。图片来源:James MacDonald

Jonathan Page一生都在围着大麻“转”。他在加拿大温哥华岛长大,周围都是嬉皮士和瘾君子。在获得了植物生物学和植物化学博士学位后,21世纪初,他选择前往德国继续有关大麻的博士后研究。 【《自然》相关报道

在这段时间里,Page帮助鉴定了一组基因,大麻的一些变种利用这些基因产生类似松树和柠檬的香味。在加拿大国家研究委员会(NRC)职位面试中,Page提出了类似项目,以揭示大麻如何产生具有药用活性的化合物——大麻素。

很快,Page开始在NRC植物生物技术研究所建立实验室。但令他惊讶的是,他的老板说:“你不会在这里从事大麻研究。我们是政府部门。”

但是,政策的变化带来了巨大的不同。10月17日,加拿大成为继乌拉圭之后世界上第二个将所有用途的大麻合法化的国家。虽然其他几个国家,尤其是以色列,已经共同努力支持大麻的农业研究,但加拿大的大麻完全合法化为基础研究带来了前所未有的资金。

该国129家持牌大麻生产商中的大多数现在积极寻求与科学家合作,涉及领域从基因定位、代谢工程到最佳干燥技术和种植实践等。加拿大联邦和地方政府也计划投入数百万美元支持这些研究。保守估计,10年内全球合法大麻市场的规模将超过570亿美元。

一些研究人员,例如Page(他在NRC工作的10年中仍在涉足大麻研究),已经准备好充分利用加拿大的绿色热潮。而且,很多植物学家现在都计划转向这种植物,因为它既能提供资金,又能提供未知的科学。

“这是一种在现代育种技术和科学发展方面已经落后了1个世纪的植物。”加拿大农业与农业食品协会植物学家Ernest Small说。自1971年起,Small就断断续续地研究大麻。

“迟钝”的研究

15年前,当Page回到加拿大时,他开始研究大麻的近亲——啤酒花,这种植物用于酿造啤酒。但是他坚持不懈地寻找着继续研究大麻的途径。

终于,Page获得了种植工业大麻的许可证,这种大麻富含纤维,但只产生微量的四氢大麻酚(THC)。最终,他与当时为政府生产医用大麻的唯一一家公司建立了联系。

Page解开了大麻形成THC和大麻二酚(CBD)的通路。他和多伦多大学分子遗传学家Timothy Hughes一起,对一种名为Purple Kush的大麻品种的基因组进行了测序。但是,Page说,“NRC仍然完全不支持这项工作”。于是,在2013年末,他搬到了温哥华,创办了一家名为Anandia Labs的大麻生物技术公司。

在该公司最早的一个项目中,Page与加拿大达尔豪西大学特鲁罗农业分校遗传学家Sean Myles合作,对124份大麻样本进行了基因鉴定。分析表明,indica和sativa亚型的商业标签几乎与这些植物的DNA图谱不相匹配。Myles说:“这在任何合法的农业作物中都是不可想象的。你不可能把一个面苹果放在架子上,然后假装它是一个脆苹果。”

尽管这些研究得到了广泛宣传,但Page在融资方面却遇到了困难。2015年10月,Justin Trudeau当选加拿大总理,他在竞选期间曾承诺将大麻合法化。“这几乎在一夜之间改变了人们的态度。”Page说。

尽管加拿大自然科学与工程研究委员会没有专门的大麻项目,但该机构已经资助了数十个专注于大麻生物学和种植的项目。政府支持的组织也提供了研究资金。更重要的是,私人投资涌入了大麻产业。仅去年一年,加拿大的大麻公司就获得了近20亿加元的收入。

Aurora Cannabis公司首席企业官Cam Battley表示,科学和创新对“一家具有全球竞争力、将持续发展下去的公司”至关重要。目前,许多相关公司都在投资大麻基因研究。

发展基因库

“今年是大麻分子遗传学的转折点。”日出基因公司创始人和首席执行官C. J. Schwartz说。该公司是6家表示已经研究出基因图谱的公司之一,虽然它们还没有在同行评议的杂志上发表论文,但是沃本医学基因组学公司的首席科学官兼创始人Kevin McKernan在10月6日发布了基因图的预印本,Schwartz也预计将在本月底公布他的序列。

然后,科学家希望能为大麻植入新的特性。Canopy Growth公司研发经理Katya Boudko与渥太华大学分子生物学家Douglas Johnson合作,开发了一种基因沉默技术,能阻止THC 合成基因的表达。Boudko希望这种技术能促进大麻CBD含量的增加,“这甚至有可能产生新的大麻品种”。

然而,Boudko还没有完全验证这个理论,因为还没有人成功地用转基因组织培育出完全成熟的植物。由于大麻种子或剪枝不能以一致和可预测的方式进行转基因操作,科学家需要培养植物组织,并在基因被修改后诱导其长出根和芽。通常,科学家可以让细胞团产生细细的根毛,但发芽特别成问题。

在2010年,来自密西西比大学的一个研究小组描述了一种用于诱导芽形成的激素配方。然而,另一些人说,他们无法让该配方在自己种的大麻上起作用。耶路撒冷希伯来大学植物发育遗传学家Leor Eshed-Williams说:“现在有几十个实验室正在努力使它更有效。”

当然,也有人不以为然。国际大麻和大麻素研究所的研究和开发主任Ethan Russo说,“这种植物是如此具有延展性,以至于这些基因改造很多是不必要的”。他认为,现代的选择性育种策略就足够了,而且这些方法不需要遗传标记。Russo与加州Napro Research公司总裁Mark Lewis合作,利用化学分析技术,开发出几十种具有独特性、产量更高的大麻品种。

仍有分歧

在其他地方,研究人员正在寻求控制和微调不同生长阶段的大麻所处的环境条件。在加拿大,成本高昂的室内大麻种植是高端大麻的主要来源,而环境微调能让收益最大化。在CannTx生命科学公司,业务主管Jeff Scanlon和同事开发了一个空气循环系统。

Scanlon表示,种植室里的风扇会把空气吹到植物冠上。但在枝叶错落的地方,空气仍然停滞不前,导致温度和湿度上升,从而滋生真菌病原体。解决方案是设置从地板到天花板的压力梯度,确保气流沿植物的每个表面流动。“这是一个非常简单的创新。”Scanlon说。

但是,人们对大麻的态度仍存在分歧。2017年,美国国家科学、工程和医学院发布报告称,有“确凿证据”显示大麻或有关化合物能有效治疗慢性疼痛、化疗等引发的恶心和多重硬化症引起的痉挛。该报告呼吁研究人员进行更多针对大麻益处和风险的研究。

但另一方面,美国缉毒局(DEA)也将大麻与海洛因、摇头丸和其他具有潜在危险性或高度成瘾性的药物划为一类。DEA表示目前没有充足的证据显示大麻存在医用价值。

此外,由麻醉品引起的快感会损害人的注意力、记忆力和学习能力。纽约西奈山伊坎医学院神经学家Yasmin Hurd表示,青少年吸食者的认知过程效率更低以及杏仁核和海马体(分别参与情感调节和记忆的大脑区域)比正常要小。平均来看,那些过量吸食大麻的青少年在一生中成就更低,而且更加不快乐。

无论如何,Page记得,如果没有大麻,他曾经参与的一项迅速发展的研究早就“枯萎”了。“我们在许多方面将它作为药物,但不能忘记这场革命的核心都归结为一种植物。”他说。

(唐一尘)

《中国科学报》 (2018-10-23 第3版 国际)
 
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