פריצת דרך מדעית: קנאביס מהונדס גנטית בעל “תכונות-על”

חברת הביוטכנולוגיה “טרייט ביוסיינס” (Trait Biosciences) יצרה את צמח הקנאביס המהונדס גנטית הראשון בעולם שעבר ‘טרנספורמציה מלאה’, כלומר הצליח להעביר את הגן הזר שהוחדר בו בתורשה גם לדור הבא.

החברה, המבוססת במדינת ניו מקסיקו, ארה”ב, יצרה עוד לפני כן שני צמחי קנאביס מהונדסים גנטית בעלי שתי ‘תכונות-על’ יוצאות דופן:

• האחד מפיק באופן טבעי קנבינואידים מסיסים במים – מהלך שעשוי לפתור את אחת הבעיות המורכבות בתעשיית משקאות הקנאביס.
• השני מפיק כמויות אדירות של CBD, פי 4 מצמח רגיל, ו-35% יותר טריכומות (הבועיות על צמח הקנאביס המכילות את עיקר הרכיבים הפעילים).

שני הצמחים הללו עדיין לא עברו ‘טרנספורמציה מלאה’, כלומר הם אינם מסוגלים להעביר את הגנים הזרים שהוחדרו בהם בתורשה לדור הבא.

הצמח השלישי כן עבר כאמור טרנספורמציה מלאה, אך הגן שהוחדר בו היה גן חסר ערך, לא כזה שמעניק לו תכונת-על כלשהי, אלא רק כזה שניתן לזהות לאחר מכן כדי לדעת שאכן התקבלה טרנספורמציה מלאה.

בחברה מקווים כעת שיצליחו לפתח צמח קנאביס מהונדס אחד עם מגוון ‘תכונות-על’ שיוכל גם להעביר את התכונות האלו בתורשה לדור הבא.

לסדרת צמחי הקנאביס המהונדסים המיוצרים במסגרת פרויקט זה, נתנה החברה את השם ‘Amplified’ (מועצם).

מכיוון שמדובר בנושא מורכב למדי שאף דווח באופן שגוי בכמה מקורות, יצרנו קשר עם המנהל האסטרטגי של “טרייט”, רונן לוי, שהסביר באופן מפורט היכן החברה עומדת כרגע. אבל קודם – מה זה בכלל הנדסה גנטית?

הנדסה גנטית מול השבחה גנטית

יש לשים לב להבדל בין אורגניזמים מהונדסים גנטית (GMO) לבין אורגניזמים שעברו השבחה מלאכותית. השבחה מלאכותית, או ברירה סלקטיבית, היא שימוש בטכניקות של הפרייה בין זנים שונים כדי להעצים גנים רצויים בצאצאים, והיא קיימת בקנאביס מדורי דורות.

השבחה מלאכותית היא תהליך שמסתמך על טכניקות רבייה מסורתיות, למשל האבקה של פרח אחד באחר, או זיווג של בעל חיים אחד עם אחר. בתהליך זה לעולם אין החדרה של גנים זרים או מעשה ידי אדם לאותו אורגניזם – במקרה הזה קנאביס.

לעומת זאת מודיפיקציה, או “הנדסה גנטית”, אינה משתמשת בטכניקות הרבייה המסורתיות. היא נעשית במעבדה ומערבת החדרת גנים זרים ל-DNA של אורגניזם מסויים בדרכים מתוחכמות במיוחד.

אם בסוף תהליך ההנדסה הגנטית האורגניזם מצליח להעביר את הגנים הזרים שהוחדרו לו גם הלאה לצאצא שלו, אז ניתן לומר על האורגניזם שהוא עבר טרנספורמציה מלאה (Fully Transformed). אורגניזם שלא עבר טרנספורמציה מלאה ולא מצליח להעביר את הגנים הזרים בתורשה נקרא Transient (ארעי, זמני).

בחברת “טרייט” יצרו אם כן 3 צמחי קנאביס מהונדסים: צמח Fully Transformed אחד ללא תכונות מיוחדות, ושני צמחי Transient עם תכונות-על: האחד מייצר קנבינואידים מסיסים במים והשני מייצר יותר CBD.

הטרנספורמציה המלאה הראשונה שהצליחה

כיום קיימות מספר שיטות להנדסה גנטית של צמחים. ניתן למשל לחשוף אותם לכימיקלים שמייצרים מוטציות רנדומליות ב-DNA, ניתן להחדיר להם גנים זרים עם “תותח גנים” היורה כדורי מתכת מיקרוסקופיים אליהם ספוחים מקטעי הדנ”א אותם רוצים להחדיר אל תאי הצמח, וניתן גם לערוך את הגנים שלהם בעזרת טכנולוגיות חדשות יותר כמו TALENs או CRISPR. המדענים של Trait הסתמכו על אחת השיטות הראשונות והאמינות ביותר להנדסה גנטית של צמחים – אגרובקטריום.

אגרובקטריום היא קבוצה של בקטריות שידועות ככאלו שגורמות לגידולים בצמחים. הבקטריות עושות זאת על ידי החדרת פלסמידים, מקטעים מה-DNA שלהן, לצמח המארח. בשנות ה-70 מדענים הבינו שאם הם ימחקו את מקטע ה-DNA שהאגרובקטריום מחדירות למארח שלהן, הם יוכלו להחליף אותו בגנים אחרים, וכך בעצם להשתמש בו כדי להחדיר גנים זרים לצמח.

החברה הודיעה לראשונה על הצלחתה בטרנספורמציה מלאה של קנאביס ב-12 ליוני השנה (2019). “למיטב ידיעתנו זהו צמח הקנאביס היציב הראשון שעבר טרנספורמציה מלאה,” אומר לוי, המנהל האסטרטגי של החברה. “היו ניסיונות לעשות זאת בעבר, אך הצמחים לא הצליחו להעביר את הגנים שלהם הלאה לדורות הבאים”.

הסיבה לכך שקשה לעשות טרנספורמציה מלאה לצמח הקנאביס היא כנראה משום שהוא מתוכנת אבולוציונות לשמר את הגנים הפנימיים שלו. סיבה נוספת היא משום שצמחים שמסוגלים להפוך להרמאפרודיט (אנדרוגינוס) ולהאביק את עצמם, כמו קנאביס, ידועים כקשים במיוחד לטרנספורמציה.

הסיבה שחברת Trait כן הצליחה, לפי לוי, היא בזכות ד”ר ריצ’רד סאייר, המנהל המדעי של החברה, שנחשב מומחה גדול בביו-טכנולוגיה וידוע בעיקר במחקרים פורצי הדרך שלו על הפקת דלק ביולוגי מאצות.

קנבינואידים מסוכררים

בקשת הפטנט שהגישה החברה בשנה שעברה מפרטת כיצד הונדס צמח הקנאביס כך שיהפוך את הקנבינואידים שהוא מייצר למסיסים במים. התהליך מבוסס על שיטת הגליקוסלציה (‘סיכרור’) אותו פיתחה החברה בעבר, רק שהפעם היא הצליחה להטמיע אותו בצמח עצמו.

מוטציה באנזים בשם גליקוזיל-טרנספראז גורמת לצמח לחבר מולקולת סוכר פשוטה לקנבינואידים שהוא מייצר, ואלו מכונים ‘קנבינואידים מסוכררים’. הקנבינואידים המסוכררים הם מסיסים במים, בניגוד לקנבינואידים רגילים שהם שומניים ולא מתערבבים עם מים. ב’טרייט’ כאמור כבר שיווקו קנבינואידים מסוכררים בעבר תחת המותג ‘Distilled’, אך כאן מדובר בצמח שיודע לייצר אותם בעצמו.

צמח מהונדס זה הוא אידיאלי עבור ייצור משקאות שמכילים CBD או THC. משקאות קנאביס כבר קיימים, אך החברות שמייצרות אותם כרגע משתמשות בתהליכים כמו המגון בלחץ גבוה (בדומה לנעשה עם חלב), סוניקציה (גלי קול), או אמולסיה (תחליב), על מנת לגרום למיצוי הקנאביס להתערבב ולהתפזר בצורה אחידה במים.

חלק מהחברות עושות זאת טוב יותר מאחרות כמובן. בעוד שחלק ממשקאות הקנאביס הם ‘יציבים’, כלומר הקנבינואידים שבהם נשארים מעורבבים בצורה אחידה כך שלא ניתן לראות אותם במים, משקאות אחרים נוטים ‘להתפרק’ אחרי זמן מה כך שמיצוי הקנאביס נאסף בתחתית הבקבוק והמשקה ייראה ‘מעונן’ ולא צלול כאשר מנערים אותו.

לשיטה נוספת, הפופולארית ביותר כיום לייצור משקאות קנאביס, נאנו-אמולסיה, עשויות להיות השלכות בריאותיות לא צפויות.

“ישנו חשש שנאנו-חלקיקים עלולים לחצות את מחסום הדם-מוח או לחדור לבלוטת התריס,” אומר לוי. “הטכנולוגיה הזאת שימושית מאוד ברפואה, למשל כדי להחדיר תרופות לתוך תאים סרטניים ספציפיים, אך במוצרי מזון, או במקרה הזה מוצרי קנאביס, יש לתהות האם נאנו-טכנולוגיה היא בטוחה מספיק”.

מחקרים ראשוניים מראים כי בצריכה אוראלית, THC ו-CBD מסוכררים מגיעים למוח תוך כמה דקות בלבד, והשיא של ההשפעה שלהם מתחיל לרדת אחרי כשעה וחצי. מדובר בערך באותו קו-זמן פסיכואקטיבי של צריכת אלכוהול, וכרגע זאת המטרה הסופית של יצרני משקאות הקנאביס – ליצור משקה שההשפעות שלו מתחילות במהרה כמו אלכוהול ונמשכות בערך כשעה וחצי לכל היותר.

פי 4 יותר CBD ו-35% יותר טריכומות

הצמח האחרון שפיתחה החברה הוא הוא צמח המפ שכאמור הונדס גנטית כך שיפיק כמויות גדולות של CBD. ב-30 ביולי הודיעה החברה כי בניסויים שערכה בצמח החדש, הוא הפיק פי 4 יותר CBD בממוצע מצמחי המפ אחרים שגדלו באותם תנאים, ו-35% יותר טריכומות על העלים.

המטרה הסופית של החברה היא כאמור לחבר את שתי התכונות הללו, יחד עם תכונות משופרות נוספות כמו פוטוסינטזה מוגברת, לצמח-על מהונדס אחד, שלא רק יפיק המון CBD אלא יפיק אותו בצורה המסוכררת שלו כך שיהיה מסיס במים, ויוכל גם להעביר את הגנים האלו הלאה.

“הדבר שבאמת מדהים בהישג של הצוות שלנו הוא שהתוצאות האלו הושגו רק באמצעות שימוש באחת מאסטרטגיות ההנדסה הגנטית שאנו מפתחים במסגרת טכנולוגיית ה-Amplified שלנו”, אומר מנכ”ל החברה פיטר מקדונהיו. “הייתה לנו הערכה שמרנית לפיה נוכל להגביר את התפוקה פי 2 עד 4, אבל בהתבסס על התוצאות הראשוניות האלו, אנו סבורים כעת כי הטכנולוגיה פורצת הדרך הזו תכפיל ביותר מפי 4 את התפוקה הרגילה של הצמח”.

“כאשר נצרף את האסטרטגיות האחרות שמפותחות במסגרת הפרוייקט, אשר כוללות טכנולוגיות שהצליחו במבחני שטח להכפיל את יעילות הפוטוסינטזה של הצמח, טכנולוגיות שמנטרלות את הייצור של מימן על-חמצני בצמח במהלך ייצור הקנבינואידים, וכמובן הטכנולוגיה שלנו שמאפשרת לצמחי המפ וקנאביס להפיק קנבינואידים מסיסים במים באופן טבעי בתוך הצמח עצמו – אנו בטוחים כי נעלה על הציפיות שלנו מבחינת הגידול בתפוקה שניתן להשיג באמצעות טכנולוגיית Amplified”, הוא אומר.