Een studie van de Universiteit van British Columbia bevroor trichomen met vloeibare stikstof. Onderzoekers keken in gecryofaxeerd Purple Kush-cellen met een elektronenmicroscoop. Met behulp van moderne technieken hebben ze nieuwe sleutels gevonden die beter verklaren hoe trichomen niet-polair maken terpenen en cannabinoïden zonder plantencellen te vernietigen. (1)

Cannabis planten produceren zure cannabinoïden, zoals THCa of CBDa. Zure cannabinoïden bevatten een extra kleine molecule van carbonzuur (COH). En trichomen zijn supercellulaire lipidenfabrieken die aan de buitenkant van cannabistoppen worden gevonden. Specifieke snelwegen en verkeerslichten langs synthesepaden in de trichoom bleven echter verborgen.

Trichomen en elektronenmicroscopie

Sam Livingston, met een Ph.D. in botanie en plantenbiologie, is een postdoc onderzoeker met Professor Lacey Samuels en Keeling Lab bij UBC. Professor Jon Page van UBC en Anadia Labs was co-auteur van de recente trichomenstudie. Ten slotte werkte ook Kim Rensing, Ph.D, mee aan het project. In een telefoongesprek met deze auteur beschreef Sam het belang van hun ontdekking (1) heeft in twee werelden van cannabinoïde productie — plantkunde en biosynthese.

Toen ik voor het eerst met dit project begon, verzamelde ik een heleboel TEM-gegevens (Transitional Electron Microscopy) - afbeeldingen met een zeer hoge resolutie en een hoge vergroting van de trichoom. Ik wist niet zeker waar ik naar moest zoeken, vooral omdat al het onderzoek tot nu toe gebruik had gemaakt van wat zou worden beschouwd als de conventionele methode om cellen te bewaren.  

Sam Livingston, postdoc. UBC Plantkunde | Keeling Lab.

Chemisch gefixeerde cellen

Moderne hasjproducenten kunnen prachtig combineren macro fotografie met laboratoriumtests om de overvloed aan te bevestigen cannabinoïde zuren en terpenen in Capitate-Stalked trichomen. Maar wetenschappers bestuderen al sinds de 1800e eeuw trichomen.

Sir Alexander Christison uit Edinburgh en Georg Martius uit Duitsland merkten in 1851 en 1855 op dat voedingsstoffen in de bodem de harsproducerende klieren van cannabis aantasten. (3, 4) Een eeuw later bestudeerde dr. J. Bouquet de glandulaire cellen onder een microscoop voor het VN-bureau voor drugs en misdaad. (5)

Onderzoek in de jaren zeventig begon chemische fixatie op te nemen met traditionele en elektronenmicroscopie om trichomen te analyseren. Maar beperkingen belemmeren de traditionele methode om cellen in aldehyden en zuren te beitsen. (1970)

Cellen beitsen met een hoop aldehyden - die mensen misschien kennen van hun biologielessen in het hoog school- met formaldehyde — is een zeer langzaam proces.

En alleen omdat je een glandulaire trichoom in deze aldehyden hebt ondergedompeld, betekent niet dat alle cellulaire processen zijn gestopt. Soms bewegen er nog steeds dingen in de cel, waardoor je een verkeerd idee krijgt van wat er werkelijk gebeurt in de levende staat van de cel.

Sam

Trichomen bekijken als nooit tevoren

Betere technieken die nu zijn gepubliceerd in Current Biology (1) hielpen bij het ontdekken van routes die niet-polaire metabolieten door het cellulaire landschap van de trichomen nemen voordat ze in CBGa en uiteindelijk in THCa of CBDa veranderen. Sam en zijn collega's gebruikten vloeibare stikstof om trichomen te behouden en het hele cellulaire complex te bevriezen.

We gebruikten de modernste methode om trichomen te bewaren. En dat is het gebruik van cryofixatie, in feite het gebruik van vloeibare stikstof om bijna elk proces in de cel bijna onmiddellijk te bevriezen. Wat we op de TEM-gegevens zien, is een momentopname van wat er gebeurde op het moment voordat we [de trichoom] in een gecryopreserveerde staat bevroor.

Sam

Sam verklaarde dat hun studie een nieuw model voorstelt - gemakkelijk te controleren in experimenten - dat verklaart hoe trichomen zure cannabinoïden en mono-terpenen produceren. Belangrijk is dat hun model een cellulaire context gebruikt in plaats van een petrischaal.

Zoals je zou verwachten, is wat er in een cel gebeurt een ongelooflijk complexe omgeving. Het is helemaal niet zoals het toevoegen van een klein beetje Kool-Aid mix met wat water en dan roeren. Wat we hebben zijn miljoenen en miljarden verschillende complexen en enzymen die allemaal strijden om verschillende energetische reacties. 

Sam

Trichomen — niet zo gecompartimenteerd

Cannabis-trichomen zijn afhankelijk van transport binnen hun supercellulaire structuur om cannabinoïden en terpenen te maken. De productie begint met CBGa in een gepolariseerd celmembraan en eindigt met THCa buiten de celwand, in een opslagholte. Bovendien ontdekte het team van Sam grote poreuze bruggen in cannabiscellen waar hele systemen doorheen gaan, wat botanisch uniek is.

Ze zijn veel groter dan de typische bruggen die in bijna elke andere plantencel worden gevonden. Die [bruggen] heten plasmodesmataen ze hebben extreem kleine poriegroottes. Ze zorgen ervoor dat watermoleculen en andere zeer, zeer kleine moleculen tussen cellen kunnen wisselen. Maar wat we in cannabiscellen zagen, is dat ze groot genoeg zijn om hele plastiden, mitochondriën en hele organellen van de ene cel naar de andere te laten wisselen.

Dat is gedeeltelijk de reden waarom we uiteindelijk hebben voorgesteld dat dit geen verzameling is van een aantal afzonderlijke cellen. Dit is slechts één enorme biofabriek voor supercellen die niet is opgedeeld in compartimenten. Het is allemaal één grote eenheid die samenwerkt om zoveel mogelijk THCa en CBDa eruit te pompen. 

Sam

Wat is de fysiologische rol die deze bruggen spelen? 

We hebben echt geen goed idee. We weten alleen dat het veel communicatie tussen deze cellen mogelijk maakt. En het kan een manier zijn om een ​​gecoördineerd biosynthetisch proces in één keer te laten plaatsvinden in plaats van elke cel afzonderlijk te laten werken. 

Sam Livingston

Volgens Sam voorkomen de vele componenten van de trichoom, van de fysieke structuur tot het interne transportsysteem, autotoxiciteit. En hoewel toxische effecten op deze manier worden voorkomen, zijn interne mechanismen die door het team zijn opgehelderd, uit het onderzoek gehaald. Bedrijven kunnen gemakkelijk transporters hacken in gistcellen die zijn ontworpen voor de productie van cannabinoïden. Anders helpt het begrijpen van de plant kwekers om meer zure cannabinoïden en terpenen uit cannabistrichomen te verwijderen.

Blijf ons volgen om meer te weten te komen over het transport in trichomen en hoe bedrijven gistcellen kunnen hacken om meer cannabinoïden en terpenen te maken.

bronnen

1. Samuel J. Livingston, Kim H. Rensing, Jonathan E. Page, A. Lacey Samuels. Een gepolariseerde supercel produceert gespecialiseerde metabolieten in trichomen van cannabis. Huidige biologie, 2022;
2. Livingston SJ, Quilichini TD, Booth JK, et al. Cannabis glandulaire trichomen veranderen de morfologie en het metabolietgehalte tijdens de rijping van de bloem. Plant J. 2020;101(1):37-56. doi:10.1111/tpj.14516
3. Christison, A. 1851. Over de aard, geschiedenis, actie en gebruik van Indianen Hennep.; gedrukt in het Edinburgh Monthly Journal of Medical Science voor juli.
4. Martius, G. 1855. Farmacologische en medicinale studies over hennep. Jungeund Sohn, Erlangen. blz. 29-30.
5. BOEKET, RJ 1950. Cannabis. Stier. nar. 2:14-30.
6. Hammond, CT, en Mahlberg, PG (1978). Ultrastructurele ontwikkeling van capitatum klierharen van Cannabis sativa L. (Cannabaceae). Ben. J. Bot. 65, 140-151.