Designerhefe – Die medizinische Wirkung von gesundheitsfördernden Cannabisinhaltsstoffen, wie zum Beispiel den Cannabinoiden, ist heutzutage dankenderweise Grundlage der Forschung geworden. Wie eine neu veröffentlichte Studie in der renommierten Fachzeitschrift Nature zu berichten weiß, lässt sich medizinisch wertvolles Cannabidiol und andere Cannabinoide erfolgreich in der Hefe synthetisieren. Dieser erfolgreiche Schritt medizinisch relevanter Synthese eines Naturheilmittels gleicht in der Euphorie damaliger Insulinsynthese aus selbigem Modellorganismus, da zunehmend mehr und mehr Inhaltsstoffe von Cannabis Relevanz bei der Behandlung schwerwiegender Erkrankungen zeigen.
Die Hanfpflanze (Cannabis) ein kurzer Überblick
Der Hanf, eine alte Nutzpflanze, ist verwandt mit dem in unseren Breitengraden so bekannten Hopfen (Humulus), die beide aus der Familie der Hanfgewächse (Cannabaceae) stammen. Zu den Vertretern des Hanfes (Cannabis) zählen die drei bekannten Hanfarten: Cannabis indica, der Indische Hanf; Cannabis sativa der Echte Hanf und Cannabis ruderalis der Ruderal Hanf.
War die Hanfpflanze, speziell ihre Fasern und Samen noch vor 10.000 Jahren vor allem zur Nutzung der Kleiderherstellung, zum rituellen Gebrauch und zur Papierherstellung in China sowie Persien in Gebrauch, rücken heutzutage vor allem die pflanzlichen Inhaltsstoffe mehr und mehr in den Fokus wissenschaftlichen Interesses.
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Angetrieben durch die Entdeckung und Klassifizierung der Cannabisart Cannabis sativa 1753 durch den schwedischen Naturforscher und Biologen Carl von Linné sowie der Sorte Cannabis indica durch den Botaniker Jean Baptiste de Lamarck in Indien, begann die pflanzenphysiologische und pharmakologische Erforschung dieser Pflanze.
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Die Cannabinoide der Hanfpflanze und Designerhefe
Neben etlichen vielversprechenden pflanzlichen Inhaltstoffen, wie ätherischen Ölen und Flavonoiden, sind es vor allem die Cannabinoide, die in den wissenschaftlichen Fokus gelangt sind. Zu den wohl bekanntesten Vertretern dieser Inhaltsstoffe der Cannabispflanze zählen das Cannabidiol (CBD) und das Delta-9-Tetrahydrocannabinol (THC).
Cannabinoide, wie das THC und CBD, binden als Liganden an das körpereigene Endocannabinoidsystem der Vertebraten und dort speziell an die Cannabinoid-Rezeptoren CB1 und CB2. Hier binden sie als Antagonisten oder Agonisten an G-Protein gekoppelte Rezeptoren und modulieren somit Ionenkanäle. Da die Verteilung der CB1 und CB2 Rezeptoren im ZNS vor allem die Nervenzellen des Kleinhirns, die Basalganglien und den Hippocampus betrifft, ist anzunehmen, dass körpereigene Endocannabinoide vor allem zur Lern- und Bewegungsregulation genutzt werden. Bemerkenswerterweise führte die Erforschung der Cannabinoide zur Entdeckung des körpereigenen Endocannabinoidsystems in Vertebraten, also auch uns Menschen.
Die wichtigsten Cannabinoide und ihre therapeutischen Eigenschaften
Tetrahydrocannabinol (THC)
- psychoaktiv
- Einsatz in der Schmerztherapie
- fördert die körperliche Entspannung
- mildert Übelkeit z.B. Chemotherapie
- wirkt appetitanregend bei Krebs, HIV u.a.
- reduziert Tremor und Muskelkrämpfe
- schwächt einige Formen von Krebs ab
- mindert Augeninnendruck (Grüner Star)
Cannabidiol (CBD)
- wirkt entzündungshemmend
- schwächt Epilepsieanfälle ab
- Einsatz in der Schmerztherapie
- stärkt Blut-Kreislauf-System
- senkt Muskelanspannung und Hypertonie
- mildert Übelkeit bzw. Brechreiz bei Chemotherapie
- senkt Blutzuckerwerte bei Diabetes
- wird in der Krebstherapie eingesetzt
Cannabichromen (CBC)
- wirkt antibakteriell und entzündungshemmend
- wirkt beruhigend und somit antidepressiv
- schmerzlindernd
- regeneriert Zellfunktionen z.B. der Blutzellen
- wird gegen Epilepsie eingesetzt
Cannabinol (CBN)
- ist ein Oxidationsprodukt von THC
- regt den Appetit an und wirkt antibakteriell
- beruhigt und wird bei Schlaflosigkeit eingesetzt
- es wirkt antibakteriell und entzündungshemmend
- es lindert Schmerzen
- wirkt krampflösend
- unterstützt Knochenzellwachstum
Cannabigerol (CBG)
- nicht psychoaktiv
- Regulator der Endocannabinoid-Signalgebung
- Entzündungshemmend bei neurodegenerativen Erkrankungen (Parkinson)
- reduziert oxidativen Stress bei neurodegenerativen Erkrankungen
- Einsatz in der Schmerztherapie
- natürliches Antidepressivum
- unterdrückt Juckreiz z.B. bei Schuppenflechte
- appetitanregend
- wirkt in Zusammenarbeit mit anderen Cannabinoiden wie ein Antibiotikum
Cannabidivarin (CBDV)
- nicht psychoaktiv und nahe verwandt mit CBD
- bewegungsregulatorische Funktionen
- antiepileptisch und krampflösend
- zügelt den Appetit massiv
9-Tetrahydrocannabinolsäure (THCA)
- mit dem THC verwandt
- entzündungshemmend und appetitanregend
Tetrahydrocannabivarin (THCV)
- krampflösend
- wirkt neuroprotektiv
- es ist appetithemmend und regt den Stoffwechsel an
- es reduziert Fett und hilft bei Übergewicht
Designerhefe: Extraktion pflanzlicher Inhaltsstoffe
Cannabidiol (CBD) liegt in der Pflanze als Carbonsäure vor, einem inaktiven Grundzustand ohne pharmakologische Relevanz. Die Carbonsäure muss somit zunächst aktiviert werden. Beim Rauchen oder Vaporisieren der Hanfpflanze geschieht dies durch Erhitzen. Der diesem Prozess zugrunde liegende Vorgang, die Decarboxylierung, wandelt die Säure in das medizinisch wirksamere CBD um. Für die Extraktion des CBD aus Pflanzenteilen sind drei verschiedene Vorgänge möglich:
- Extraktion mittels Erhitzung und Zufuhr von Temperatur (ca. 210°C)
- CBD Extraktion mit Butan in einem geschlossenen Regelkreis
- Industrielle CO2 Extraktion mit flüssigem Kohlenstoffdioxid
- CBD Extraktion mit reinem Alkohol
Die Nachteile all dieser Extraktionsmethoden sind vielfältig und reichen von der Zerstörung wichtiger Pflanzeninhaltsstoffe (z.B. Terpene) durch Temperaturzufuhr, bis zu umweltpolitischen Belangen durch die Verwendung von Erdöl, denn nichts anderes ist Butan. Die Überdüngung sowie Bewässerung großer Hanfanbaugebiete in Kalifornien, welches an Wasserarmut leidet, tut das Übrige, um das wertvolle CBD zur pharmakologisch/industriellen Nutzung anderweitig zu synthetisieren.
Hefe, der Modellorganimus der Genetiker (Designerhefe)
Hefen sind einzellige, feuchtigkeitsliebende Pilze, die sich nahezu alle asexuell durch einfache Zellteilung vermehren. Dabei schnürt sich die Tochterzelle von der Mutterzelle ab. Hefe wird seit Tausenden von Jahren vom Menschen zur Herstellung von alkoholischen Getränken oder Brotbacken genutzt. Die Anwendung der Hefe in der Küche ist somit vielfältiger Natur.
Anfang des 20. Jahrhunderts begann die Erforschung der Pilzkulturen und etablierte sich in den Folgejahren zum genetischen Modellorganismus schlechthin. Ihr im Verhältnis zum Menschen relativ kleines Genom, sowie ihre hohe Reproduktionsrate sind nur zwei der Gründe. Ausschlaggebend für die Etablierung des Organismus in der Genetik war dessen Genomkartierung 1952, welches 1996 zur kompletten DNA Entschlüsselung führte.
Die moderne Genetik mit der Hefe als Modellorganismus begann 1960 mit den ersten Transformationsversuchen, das heißt die Einschleusung einer Fremd-DNA in einen anderen biologischen Organismus. Relevant wurde die Hefe bei der Herstellung von menschlichem Insulin in hoher Mengenrate.
Wie eine neue Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Nature 2019 zu berichten weiß, ist es Forschern nunmehr gelungen, Cannabinoide beziehungsweise deren Säuren durch ein in die Hefe integriertes Fremdprotein namens Prenyltransferase zu synthetisieren. Diese laut Pressemitteilung “sicherere, umweltfreundlichere Methode, Cannabinoide herzustellen” ist eine umweltfreundliche Alternative zur Heilmittelherstellung. Im Detail erzeugt dieser als flexibles zellfreies enzymatisches Prenylierungssystem erforschte Zellprozess Isoprenylpyrophosphatsubstrate aus Glukose, um eine Reihe von Naturstoffen zu prenylieren beziehungsweise zu synthetisieren. Das System bietet somit einen effizienten Weg zur Bildung von Cannabinoidvorläufern, der Cannabigerolsäure (CBGA) und der Cannabigerovararsäure, die in einem einzigen enzymatischen Schritt zur Cannabidiolsäure, der Vorstufe des CBD (CBDA) und Cannabidivarinsäure (CBDVA) umgewandelt werden.
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Autor: Don Schinn
