Investigadores de la Universidad de Texas han descubierto que el THC y el CBD, sustancias bioactivas producidas por la marihuana (y buscadas por pacientes médicos y usuarios recreativos) aparecieron en la evolución de la planta debido a la modificación de su genoma por antiguos virus.
El hallazgo es solo uno de los descubrimientos revelados por el tan esperado mapa del genoma de la cannabis,que detalla la disposición de los genes en los cromosomas, publicado recientemente en la revista Genome Research. Entre otras revelaciones se encuentra el descubrimiento de un gen responsable de la producción de cannabicromeno, o CBC, un cannabinoide poco conocido, y de otros principios activos del cannabis, además de nuevos conocimientos sobre cómo se determina la potencia de la cepa o variedad.
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“El mapa de los cromosomas es un importante recurso fundamental para futuras investigaciones que, a pesar del uso generalizado del cannabis, se ha quedado rezagado con respecto a otros cultivos debido a una legislación restrictiva”, dice Tim Hughes, profesor del Centro Donnelly para la Investigación Celular y Biomolecular y co-líder del estudio. Hughes también es profesor en el Departamento de Genética Molecular y miembro principal del Instituto Canadiense para el Avance de la Investigación
Los investigadores esperan que el mapa acelere los esfuerzos de mejoramiento genético para crear nuevas variedades con propiedades médicas deseadas, así como variedades que puedan cultivarse de manera más sostenible o con mayor resistencia a enfermedades y plagas.
El estudio fue una colaboración en tres partes entre el equipo de Tim Hughes y los de Jonathan Page, de Aurora Cannabis y la Universidad de British Columbia, y Harm van Bakel, de la Escuela de Medicina Icahn en Mt Sinai en Nueva York.
Hughes, Page y van Bakel se reunieron por primera vez en 2011 cuando lanzaron el primer borrador del genoma del cannabis que estaba demasiado fragmentado para revelar la posición del gen en los cromosomas.
El nuevo mapa revela cómo el cáñamo y la marihuana, que pertenecen a la misma especie Cannabis sativa, evolucionaron como variedades separadas con distintas propiedades químicas. Las plantas de cannabis cultivadas para consumo de drogas (“marihuana”) son abundantes en el tetrahidrocannabinol psicoactivo, o THC, mientras que el cáñamo produce cannabidiol, o CDB, popular en los últimos tiempos por su potencial medicinal. Algunas personas usan el CBD para aliviar el dolor y también se está probando como un tratamiento para la epilepsia, la esquizofrenia y el Alzheimer.
Las enzimas (proteínas que aceleran reacciones en las células) que producen el THC y CBD están codificadas por los genes THCA y CBDA sintasa, respectivamente. Ambos se encuentran en el cromosoma 6 de los diez cromosomas en los que se empaqueta el genoma del cannabis. Allí, los genes de las enzimas están rodeados por vastas franjas de ADN confuso que provienen de virus que colonizaron el genoma hace millones de años. Este ADN viral, o retroelementos como se conoce, hizo copias de sí mismo y se propagaron a través del genoma al “saltar” a otros sitios en el ADN de la célula huésped.
“Los genomas de las plantas pueden contener millones de copias de retroelementos”, dice van Bakel, profesor asistente en el Instituto Icahn de Ciencia de Datos y Tecnología Genómica en Nueva York. “Esto significa que vincular genes en cromosomas es análogo a armar un rompecabezas enorme en el que tres cuartas partes de las piezas son casi del mismo color. La combinación de un mapa genético y la tecnología de secuenciación PacBio nos permitió aumentar el tamaño de las piezas del rompecabezas y encontrar suficiente características distintivas para facilitar el proceso de ensamblaje y señalar los genes de la [enzima] sintasa “.
Los investigadores creen que la duplicación de genes del gen de la sintasa ancestral y los retroelementos en expansión hicieron que el cannabis antiguo se dividiera en tipos químicamente distintos. Los humanos posteriormente seleccionaron las plantas que contenían productos químicos deseables, como el alto THC.
Las secuencias de genes para las enzimas THCA y CBDA sintasas son casi idénticas, lo que respalda la idea de que provienen del mismo gen que se duplicó hace millones de años. Con el tiempo, una o ambas copias de genes se mezclaron invadiendo los retroelementos, y al evolucionar por separado, eventualmente llegaron a producir dos enzimas diferentes: la CBDA sintasa encontrada en el cáñamo (tipo fibra) y la THCA sintasa en la marihuana (tipo-droga).
Debido a que las enzimas son tan similares a nivel de ADN, hasta este estudio no estaba claro si estaban codificadas por genes separados o por dos versiones del mismo gen. Además de la confusión, el hecho de que la mayoría de las variedades produce tanto CDB como THC a pesar de los esfuerzos de los fitomejoradores por cultivar variedades de cáñamo sin el THC que altera la mente los usuarios que buscan evitarlo.
El mapa de cromosomas ahora muestra claramente que están en juego dos genes distintos que deberían permitir separarlos durante el cultivo para cultivar plantas sin THC.
Algunos efectos psicoactivos en las cepas médicas podrían deberse a un CBC, un cannabinoide menos conocido que tiene una farmacología inusual que incluye propiedades antiinflamatorias. El descubrimiento del gen responsable de la síntesis de CBC permitirá a los mejoradores adaptar su contenido en futuras variedades.
“La ciencia principal aún no ha hecho lo suficiente debido a las restricciones de investigación”, dice Page, de UBC y Director Científico en Aurora, uno de los mayores productores de cannabis medicinal de Canadá. “La legalización y la inminente regulación de la investigación realmente brindan oportunidades para realizar más investigaciones. Y Canadá está liderando el camino”.
