有柄腺毛的多光子顯微鏡圖像。圖片來源：塞繆爾斯實驗室/UBC

大麻葉內的世界比以往任何時候都更加清晰。

在冷凍大麻葉并通過定量電子顯微鏡觀察細胞后，不列顛哥倫比亞大學的科學家表示，他們對大麻毛狀體的內部運作有了新的發現——大麻葉的微小“毛發”會產生植物令人垂涎的大麻素。據研究人員稱，這些發現可能有助于在酵母和細胞培養物中合成大麻素。

雖然人們對大麻產生的化學物質知之甚少——例如 THCA 和 CBDA，它們在加熱時會形成 THC 和 CBD——但人們對這種植物如何生產它們知之甚少。

“在我們開始這個項目之前所知道的是，非光合作用質體 [植物‘微器官’] 的形狀非常不尋常，并且參與制造大麻素的前體，而大麻素最終儲存在細胞外領導這項研究的不列顛哥倫比亞大學植物學家 Sam Livingston 博士告訴Analytical Cannabis說，毛狀體頂部有蘑菇狀的儲存腔。

“我們不知道的是大麻素形成的最后一步（THC、CBD 等）發生在哪里，以及前體如何能夠從它們的生產地到它們轉化為 CBD 的地方?！?/p>

有柄、無柄和球根狀腺毛的顯微鏡圖像。圖片來源：塞繆爾實驗室/UBC

為了發現更多，利文斯頓和他的同事用液氮冷凍葉子樣本（以固定內部細胞活動），并用透射電子顯微鏡對葉子的毛狀體進行成像。他們做了一些非凡的觀察。例如，他們注意到構成毛狀體分泌盤的產生 THCA 的細胞是高度相互關聯的。這些連接允許質體的轉移，質體是產生像香葉基二磷酸這樣的代謝物的“微器官”，這是制造像 THCA 這樣的大麻素所必需的。研究人員說，這些相互連接的細胞構成了 THCA 生產的“超級細胞”。

在進一步檢查毛狀體的質體后，研究人員發現，與典型的植物質體（含有用于光合作用的葉綠體）不同，大麻毛狀體含有精致的膜。研究小組假設這些膜支持大麻素和萜烯代謝物的生物合成和運輸。

該團隊還發現了關于 THCA 合酶的另一項發現，該酶是催化 THCA 產生的酶。通過將該酶與發出視覺標記的抗體結合，他們觀察到 THCA 合酶主要位于椎間盤細胞的頂端細胞壁中。這一發現首次證實了長期以來的預測，即 THCA 合酶是細胞外的。

腺毛的多光子顯微鏡圖像。圖片來源：塞繆爾實驗室/UBC

“我們在大麻中首次展示的證據表明，THC 完全是在細胞外制造的——在腺毛的所謂儲存腔中，”利文斯頓告訴Analytical Cannabis。“這對我們提出了重要的問題。特別是，四氫大麻酚的前體如何從質體中排出細胞，而不會導致這些化學物質的毒性積聚？之前的顯微鏡研究表明，自這些研究發表以來，我們從對其他植物的 30 多年研究中了解到的細胞機制與我們現在所知道的不一致。”

“我們保存這些毛狀體的方法是用最現代的方法完成的，稱為冷凍固定，這些方法可以最好地代表它們的生活狀態。這使我們能夠看到以前研究無法看到的結構，并讓我們提出了一個全新的模型，說明大麻素及其前體如何從其生產地點到達儲存腔的最終目的地?！?/p>

利文斯頓和他的同事說，他們的發現——特別是發現毛狀體相互連接的“超級細胞”——可以改寫公認的大麻素生產模型。他們說，這種新模型可以繼續為酵母和其他微生物中大麻的工業合成生產提供信息。這種合成生產依賴于將產生大麻素的基因從大麻植物中遺傳移植到可以連續生產大麻化學物質的微生物中。一家投資于大麻素生產新時代的公司是德國制藥公司 Farmako GmbH。

早在 2019 年，Farmako 的首席科學官兼聯合創始人帕特里克·施密特 (Patrick Schmitt)在接受Analytical Cannabis采訪時表示，大麻種植的謙遜、綠色實踐可能過于有限，無法應對新大麻產業的巨大市場需求。“我認為這是一個在 100 年前嘗試的過程，但在 21 世紀不會，”他說。“對大麻素的需求很高。但是，對于一個工廠來說，你需要很大的空間，你需要很多的水，你必須建造溫室，你必須在 GMP [良好生產規范] 條件下為醫療用戶耕種土地。我只是認為整個過程與我們今天從技術中獲得的可能性不匹配?！?/span>

該公司的合成方法依賴于一種細菌——運動發酵單胞菌——一種常用于生產龍舌蘭酒的微生物——的作用。但施密特和他的團隊沒有將糖轉化為酒精，而是對細菌進行了基因改造，從而產生了大麻素。 

“我們的細菌具有一個特定的優勢：它將大麻素吐出到外部介質中，”他說?！八晕覀兛梢杂懈叩臄盗?，因為生產過程沒有限制?！?/p>