Terpeny v konopí setém – od rostliny k lidem
Konopí seté produkuje pryskyřici, u které lidé oceňují její psychoaktivní a léčivé vlastnosti. Přestože vědecké znalosti a výzkum konopí jsou základem světového průmyslu s obratem miliard dolarů, ve srovnání s jinými plodinami s vysokou hodnotou značně zaostávají. Je to do značné míry způsobeno právními omezeními, která vědcům bránila ve studiu konopí, produktů z něj a jejich účinků na člověka. Konopná pryskyřice obsahuje stovky různých terpenů a kanabinoidů. Mnoho z těchto metabolitů nebylo dosud jednoznačně identifikováno. Naše chápání genotypového a biosyntetického systému těchto metabolitů v konopí a faktorů, které ovlivňují jejich variabilitu, je pouze elementární. Proto panuje obava z nedostatečné konzistence, pokud jde o složení terpenů a kanabinoidů u různých konopných „strainů“. Rovněž tvrzení o některých léčivých vlastnostech přisuzovaných metabolitům obsaženým v konopí by prospěla důkladná vědecká validace.
Úvod
Konopí seté pochází pravděpodobně ze střední Asie a je domestikováno již více než 5000 let. Odrůdy konopí s nízkým obsahem psychoaktivních kanabinoidů se využívají při produkci vláken a olejnatých semen. Nejcennějším konopným produktem je však dnes pryskyřice bohatá na terpeny a kanabinoidy s různými psychoaktivními a léčivými vlastnostmi. Pryskyřice vzniká a usazuje se ve žlázových trichomech, které hustě pokrývají povrchy samičích květů a v menší míře listoví samčích a samičích rostlin. Celkem bylo v pryskyřici různých druhů konopí identifikováno více než 150 různých terpenů a přibližně 100 různých kanabinoidů. Převládajícími kanabinoidy v konopí pěstovaném pro léčebné nebo rekreační použití jsou kyselina A9-tetrahydrokanabinolová (THCA) a kanabidiolová kyselina (CBDA). Zatímco kanabinoidy jsou primárními psychoaktivními a léčivými složkami konopné pryskyřice, těkavé terpeny (monoterpeny a seskviterpeny) přispívají mnoha různými vonnými atributy, které ovlivňují preference spotřebitelů.
Různé druhy konopí a z nich odvozené spotřebitelské produkty se běžně označují jako „strainy“. Jejich jména se často vztahují k atributům vůně, které přinejmenším částečně poskytují terpeny. Různé „strainy“ se mohou odlišovat morfologickými rysy nebo rozdíly v chemickém složení pryskyřice. Avšak kvůli historii převážně nezákonné produkce konopí se „strainy“ konopí často geneticky špatně definují. Pokud jde o profily terpenů a kanabinoidů může u strainů chybět reprodukovatelnost. Druhy zahrnují velkou genetickou rozmanitost, přičemž většina strainů má vysokou hladinu heterozygotnosti a genetické příměsi. Konopí je opylováno větrem, což také přispívá k variabilitě metabolitů konopí. V důsledku toho mnoho konopných „strainů“ postrádá úroveň standardizace, na kterou jsou výrobci a spotřebitelé zvyklí u jiných pěstovaných rostlin, jako jsou geneticky a fenotypově dobře definované odrůdy révy vinné. Vzhledem k absenci správné genetické nebo genotypické charakterizace bylo učiněno několik pokusů o chemotaxonomickou klasifikaci „strainů“ konopí na základě terpenů a rostliny konopí byly také popisovány jako rostliny patřící k různým chemotypům. Složitost systémů biosyntézy terpenů a mnoho různých zdrojů terpenů však dělá tyto pokusy často marnými. Obecně se dá říct, že koncepce chemotaxonomie byla vědou o genomech zatlačena do pozadí. Chemotypy nemohou spolehlivě nahradit řádnou genotypizaci rostlin.
Se zrušením některých právních omezení týkajících se výzkumu konopí v Kanadě a v některých jiných jurisdikcích je nyní příležitost získat silnější vědecké znalosti o genomických, molekulárních a biochemických vlastnostech, které definují profily terpenů a kanabinoidů v různých konopných „strainech“. To potom může podpořit vývoj většího počtu dobře definovaných konopných odrůd. Dalším aspektem, který vyžaduje nový výzkum, jsou různé účinky, které se připisují konopným terpenům u lidí. Zatímco některé z účinků kanabinoidů byly vědecky vysvětleny, existují značné nejasnosti okolo účinků konopných terpenů na člověka kromě vnímání vůní.
Chemie, biosyntéza a genomika terpenové diverzity a variace u konopí
Terpenové složení je fenotypová vlastnost, která vykazuje velké rozdíly mezi různými odrůdami konopí. Většina terpenů nalezených v konopí jsou uhlovodíky, které jsou přímými produkty enzymů terpenové syntázy (TPS), na rozdíl od složitějších terpenů, které vyžadují modifikaci jinými enzymy, jako jsou cytochrom P450. Proto chemická rozmanitost konopných terpenů odráží rozmanitost enzymů TPS kódovaných v konopné (Cs) TPS genové rodině.
Zdá se, že ve většině konopných odrůd jsou přítomny monoterpen myrcen a seskviterpeny β-karyofylen a α-humulen. Mezi další běžné sloučeniny patří monoterpeny α-pinen, limonen a linalool, dále pak seskviterpeny bisabolol a (E) -β-farnesen. Je důležité poznamenat, že některé terpeny, zejména seskviterpeny, je stále obtížné identifikovat kvůli nedostatku autentických standardů pro mnoho z těchto sloučenin. V důsledku toho mohou zprávy o terpenových profilech v konopí zahrnovat neznámé sloučeniny, spoléhat se na předběžnou identifikaci nebo prezentovat neúplné profily vybraných sloučenin. Ve zprávách o konopných terpenech také není důsledně popisována stereochemie nebo je často ignorována. Tyto problémy ztěžují celkové posouzení rozmanitosti terpenů v konopí s využitím dostupných údajů a je obtížné porovnat výsledky různých studií.
Terpeny, které se nacházejí v konopné pryskyřici a izoprenoidová část kanabinoidové struktury jsou produkovány prostřednictvím izoprenoidního biosyntetického systému, který pochází z dráhy mevalonové kyseliny (MEV) v cytosolu a v methylidyltritolfosfátové (MEP) dráze v plastidech. Monoterpeny a kanabinoidy mají běžný prekurzor izoprenoidů s 10uhlíkovými atomy, geranyl difosfát (GPP, C10), zatímco seskviterpeny jsou produkovány z 15uhlíkového izoprenoid farnesylu difosfátu (FPP, C15). Při použití GPP nebo FPP jako substrátů produkují monoterpen syntázy (mono-TPS) a seskviterpen syntázy (sesqui-TPS) různé struktury mono- a seskviterpenů, které se nacházejí v konopné pryskyřici. Nedávná analýza genomů a transkriptomů konopné odrůdy Purple Kush identifikovala více než 30 různých genů CsTPS. K dnešnímu dni bylo funkčně charakterizováno a zveřejněno pouze devět CsTPS. Stejně jako u mnoha jiných rostlinných TPS tvoří osm z devíti charakterizovaných CsTPS enzymy více produktů, které vytvářejí několik různých terpenových struktur buď z GPP nebo FPP. Vícesložková povaha CsTPS může vysvětlit, proč se některé terpeny, jako je α-humulen a β-karyofylen, vyskytují společně v různých vzorcích konopí. CsTPS zodpovědné za mnoho různých terpenů nalezených v konopí je stále neznámé.
Variace složení genové rodiny CsTPS a variace v genové expresi CsTPS pravděpodobně vysvětluje pozorované variace profilů terpenů napříč druhem. Úroveň variace velikosti, složení a exprese genové rodiny CsTPS a faktory, které ovlivňují expresi genu CsTPS, jsou však většinou neznámé. Například variace biosyntézy terpenů na genomové, transkriptomové, proteomové a biochemické úrovni byly ukázány u jiných rostlin a odpovídaly za fenotypovou intraspecifickou variabilitu profilů terpenů. Profily terpenů se také mohou podstatně změnit v důsledku diferenciální exprese genu CsTPS v průběhu vývoje rostlin nebo v reakci na faktory prostředí. Kromě toho vývojová nebo tkáňově specifická exprese CsTPS může ovlivnit změnu profilů terpenu v konopných produktech. U konopí nebyl systematicky studován žádný z těchto faktorů variace terpenů, který může přispívat ke špatné reprodukovatelnosti složení terpenů.
Kyslíková funkčnost jednoduchých terpenových alkoholů vyskytujících se v konopí, jako je linalool nebo bisabolol, může být výsledkem enzymatické aktivity CsTPS, jak bylo také prokázáno u TPS u jiných druhů rostlin. Jiné terpenové deriváty detekované v konopí mohou vznikat neenzymaticky v důsledku oxidace nebo v důsledku přeskupení vyvolaných tepelným nebo UV zářením během zpracování nebo skladování, jako je karyofylenoxid, β-elemen nebo deriváty myrcenu. Tyto neenzymatické modifikace mohou přidat úroveň variace, která je nezávislá na rostlinném genomu a biochemii. Pokud se provádí analýza terpenu se sušeným rostlinným materiálem, mohou být další příčinou variace terpenů proměnlivé kvantitativní ztráty terpenů, zejména těkavějších monoterpenů.
K vyřešení problémů se špatnou reprodukovatelností profilů terpenu v konopí bude nezbytné provést odborné studie s rozmanitostí konopných genotypů pěstovaných v prostředí za kontrolovaných podmínek a kvantitativně a kvalitativně analyzovat profily terpenu v průběhu vývoje rostlin. To by muselo zahrnovat kontrolované experimenty k posouzení účinků podmínek prostředí, jako je světlo, zavlažování a živiny. Tyto experimenty by měly zahrnovat nejen analýzu metabolitu terpenu, ale také komplexní transkripční profilování exprese genu CsTPS. Výsledky takové studie by umožnily tolik potřebné správné přiřazení reprodukovatelných profilů terpenu různým „strainům“ a podpořily by standardizaci odrůd konopí a odvozených spotřebních produktů.
Biosyntéza kanabinoidů
Ve srovnání s biosyntézou terpenů byla doposud biosyntéza kanabinoidů prioritou omezeného výzkumu biosyntézy metabolitů v konopí. Byla charakterizována velká část biosyntetické dráhy kanabinoidního jádra. Primárním meziproduktovým bodem pro biosyntézu kanabinoidů je kyselina kanabigerolová (CBGA). CBGA je produkováno prenylací aromatické olivetolové kyseliny geranylovou skupinou. Aromatická prenyltransferáza (aPT) byla nedávno klonována a bylo prokázáno, že je aktivní v metabolicky upravených kvasnicích k produkci CBGA a již dříve byl v patentové literatuře uveden související konopný membránový protein s aktivitou prenyltransferázy. Bylo prokázáno, že podobné enzymy prenylují acylfloroglucinoly za vzniku hořkých kyselin v chmelu, což je blízký příbuzný konopí. Přesný původ prekurzorů mastných kyselin kyseliny olivetolové není znám. Byly publikovány geny tří různých kanabinoidních syntáz, konkrétně THCA syntázy (THCAS), CBDA syntázy (CBDAS) a syntázy kyseliny kanabichromenové (CBCAS). Geny a enzymy odpovědné za mnoho menších kanabinoidů, včetně variant propyl-postranního řetězce, však zůstávají neznámé.
Účinky přisuzované terpenům v konopí
Pravděpodobně jediným účinkem konopných terpenů na člověka, který je nesporný, jsou atributy vůně různých mono- a seskviterpenových těkavých látek a jejich směsí. V závislosti na proměnlivém složení profilů konopných terpenů produkují různé „strainy“ různé vůně, které mohou ovlivnit preference spotřebitelů. Ostatní atributy přiřazované terpenům v konopných přípravcích, včetně léčivých vlastností, však prozatím nejsou podloženy vědeckými důkazy.
Takzvaný „efekt doprovodu“ je populární nápad. Předpokládá farmakologickou synergii mezi kanabinoidy a dalšími složkami konopné pryskyřice, zejména terpeny. Předpokládané aspekty účinku doprovodu zahrnují léčbu deprese, úzkosti, závislostí, epilepsie, rakoviny a infekcí. Zdá se, že pojem synergického účinku vyplývá z vnímání uživatelů konopí, že různé „strainy“ mají různé fyziologické účinky. Není pochyb o tom, že velký chemický prostor tisíců rostlinných terpenů a terpenoidů zahrnuje mnoho biologicky aktivních molekul. Některé terpenoidy, například protinádorové léčivo Taxol, jsou účinnými a vysoce cennými léčivy, jejichž účinky jsou podloženy celou řadou farmakologických a klinických studií. V jednom z mála příkladů testovaného účinku doprovodu se zjistilo, že terpeny nepřispívají k analgezii zprostředkované kanabinoidy u potkanů. S možnou výjimkou seskviterpenu β-karyofylenu nebyl prokázán žádný molekulární mechanismus, který by vysvětloval potenciální synergii terpenů s kanabinoidy. Jedno možné vysvětlení účinků přisuzovaných terpenům je odhaleno v nedávném přehledu, který zdůrazňuje, že účinek placeba je částečně zprostředkován endokanabinoidním systémem, což může vysvětlit některé z vnímaných účinků konopných produktů.
Seskviterpen β-karyofylen je významný v mnoha „strainech“ a konopných produktech. Molekula se u savců váže na kanabinoidní receptor CB2, což může být věrohodný mechanismus pro interakci s kanabinoidy a výchozí bod pro budoucí výzkum. β-karyofylen je jednou z nejméně variabilních terpenových složek konopí, takže touto cestou rozdílnost účinků různých strainů na lidi nelze vysvětlit. Předpokládané synergické účinky terpenů na účinky konopí na člověka jsou oblastí vyžadující pečlivý výzkum, který bude nyní možný v těch jurisdikcích, v nichž byla zrušena některá zákonná omezení.
Tvrzení o protinádorových účincích konopí a konopných terpenů mohou způsobit více škody než užitku
Bylo prokázáno, že některé monoterpeny blokují u potkanů tvorbu nádoru nebo inhibují progresi buněčného cyklu in vivo. Množství terpenů potřebných k vyvolání antiproliferačních účinků u potkanů tvoří však až 10 % potravy zvířat. Podobně mohou kanabinoidy inhibovat tvorbu nádorů u zvířecích modelů rakoviny. Laboratorní studie, jako jsou tyto, mohly vést k domněnce, že extrakty z konopí spolu s kombinací kanabinoidů a terpenů mají protirakovinné vlastnosti. Podle dosavadních zjištění však neexistuje žádný přesvědčivý důkaz, který by podpořil tvrzení o protinádorové aktivitě terpenů konzumovaných s konopnými produkty. Zatímco extrakt z konopných květů má vyšší protinádorovou aktivitu než čisté THC, nebyl tento účinek přiřazen žádnému z pěti nejčastějších terpenů.
Obecně je důležité si uvědomit, že konopí je často konzumováno kouřením nebo ve formě par. Zahrnuje to i užívání konopí u mladých dospělých. Spotřebitelské návyky, jako je vdechování spálených nebo odpařených konopných produktů, musí být považovány za zdravotní riziko, včetně možného rizika způsobujícího rakovinu nebo jiné zdravotní problémy, víc, než propagovat nepodpořená tvrzení o protirakovinných účincích konopí.
Perspektiva a budoucnost
Genomika se ke konopí dostávala pomalu, zejména kvůli zákonným omezením finanční podpory a výzkumných pracovníků. První konopný genom referenční kvality byl zveřejněn v roce 2018, což umožnilo analýzu genů pro genomové systémy metabolických drah v konopí v celém genomu. Aby bylo možné zahrnout celou rozmanitost druhů, je zapotřebí více studií genotypizace a sekvenování. Zvláštní důraz je třeba klást na euroasijské a africké původní odrůdy, které byly nedostatečně popsány. Zásadní nástroje pro funkční genomiku metabolických systémů a v konečném důsledku zvýšení kvality plodin, jako je genetická transformace nebo editace genomu, nejsou dosud pro výzkum konopí ve veřejné sféře nastaveny. Kromě genů, které kódují enzymy pro biosyntézu terpenů a kanabinoidů v konopí, je zapotřebí výzkumu k objasnění faktorů, které řídí expresi těchto biosyntetických systémů. To zahrnuje například regulaci exprese genů specifických pro buněčný typ v souvislosti s vývojem žlázových trichomů, rostlinnou architekturou a nástupem kvetení samičích rostlin.
Protože se omezení výzkumu konopí uvolňují, konopí se pravděpodobně stane populárnějším organismem pro výzkum jak pro získání základních znalostí, tak pro praktické aplikace. Konopí je užitečný systém pro výzkum terpenů, protože na svém trichomy pokrytém povrchu produkuje velké množství rozmanité pryskyřice bohaté na terpeny. Množství a velikost jeho žlázových trichomů z něj činí užitečný zdroj pro výzkum buněčné specializace a regulace metabolismu terpenů a kanabinoidů.
V současné době je ze stovek metabolitů terpenů a kanabinoidů identifikovaných v konopí charakterizována biosyntéza méně než 30. Budoucí biochemická a funkční práce na biosyntetických systémech v konopí by byla přínosem pro komunitní úsilí o vytvoření a archivaci úplného a reprodukovatelného souboru metabolitových a genomických dat pro jeden nebo několik genotypů, které budou moci sloužit jako referenční rámec. Souběžně je třeba řádně genotypizovat a fenotypicky charakterizovat větší počet typů konopí (např. s ohledem na jejich metabolity), aby bylo možné překonat současné nejasnosti v tom, co se označuje jako „strainy“. Cílem by bylo vytvořit reprodukovatelné odrůdy konopí pro použití ve výzkumu a v průmyslu, srovnatelné s dobře definovanými odrůdami révy vinné, které se používají ve vinařství. Přechod ze „strainů“ k odrůdám bude vyžadovat spolupráci výzkumníků, šlechtitelů a pěstitelů konopí. Podle dosavadních informací se zatím žádné průmyslové sdružení neujalo vedoucí role ve stanovování standardů a postupů ani v definování odrůd dostupných pro komunitu. Vědci a průmysl v Kanadě, jako první rozvinutý národ, který plně legalizoval konopí, mají jedinečnou pozici, aby se v tomto úsilí ujali vedoucí role.
FOTO: iStock
„Veškeré informace uvedené na této webové stránce, jakož i informace, které jsou prostřednictvím této webové stránky poskytovány, slouží pouze ke vzdělávacím účelům. Žádná z informací zde uvedených není určena jako náhrada lékařské diagnózy a nelze takovou informaci považovat za lékařskou radu či doporučenou léčbu. Tato webová stránka nepodporuje, neschvaluje ani neobhajuje dovolené či nedovolené užívání omamných či psychotropních látek či páchání jiné nezákonné činnosti. Další informace naleznete v našem Prohlášení o odpovědnosti.“