Od Viola Brugnatelli
Viola Brugnatelli je neurovědkyně a endokanabinoložka, provádí výzkum a výuku konopí na Dept. Of Neuroscience, University of Padova, Itálie, a je spoluzakladatelkou společnosti Cannabiscienza, vzdělávací společnosti pro zdravotníky v oblasti endokanabinoidního systému a léčebného konopí.
Viola je dlouholetou členkou Mezinárodní společnosti pro výzkum kanabinoidů a italskou velvyslankyní Mezinárodní asociace pro konopnou medicínu, působí ve farmakologických laboratořích a specializuje se na sirotčí kanabinoidní/terpenoidní receptory a jejich signalizaci v oblasti bolesti a zánětu.
V současné době spolupracuje s organizací Fundación Canna, redakční radou časopisu Journal of Cannabinoid Medicine a jako hostující autorka s řadou časopisů z oboru, včetně časopisu Project CBD. Viola se v průběhu let podílela na několika kurzech CME o konopí, na kterých vzdělávala lékaře a lékárníky po celém světě. Je viceprezidentkou neziskové organizace, jejímž cílem je posílit postavení žen pracujících s rostlinnou medicínou.
Na rostlině konopí ji nejvíce fascinuje to, co se můžeme dozvědět a pochopit o endokanabinoidním systému a o tom, jak jej modulovat různými způsoby nad rámec fytokanabinoidů. V poslední době úzce spolupracuje s anesteziology, kteří operují s hypnoterapií, abyvyhodnotila roli ECS ve schopnosti měnit naše stavy vědomí bez léků.
Rychlé globální šíření organismů rezistentních vůči antimikrobiálním látkám v posledních letech nemá obdoby. Konopí a jeho fytokanabinoidy se zdají být životaschopnou odpovědí na to, co by se snadno mohlo stát další celosvětovou lékařskou krizí. Zejména kanabigerol (CBG) získává ve vědeckém světě velkou pozornost. Při testování jeho antimikrobiálního potenciálu se CBG ukazuje jako nejužitečnější kanabinoid proti těm mikroorganismům, které si vytvářejí rezistenci vůči antibiotikům, což je jev, který bohužel stále narůstá po celém světě.
Co je CBG a kde se nachází?
Začněme od základů: CBG je přímým prekurzorem známějších kanabinoidů delta-9-tetrahydrokanabinolu (THC), kanabidiolu (CBD) a kanabichromenu (CBC).
Považujte ho za mateřský produkt všech ostatních kanabinoidů. Zralé rostliny konopí obecně nepředstavují vysoký podíl CBG. Koncentrace kanabinoidů a dalších sekundárních metabolitů a jejich vzájemný vztah určuje chemotyp konopí.
Za typ kanabinoidů přítomných v některých odrůdách jsou zodpovědné konkrétní geny a alely. (1) Chemotypy s vysokou koncentrací CBG jsou považovány za typ 4. (2) Konečnou produkci sekundárních metabolitů může samozřejmě kromě genů změnit i mnoho dalších změn prostředí, jako je teplota, světelné podmínky a živiny.
Jak získat kultivary s vysokou koncentrací CBG?
V rostlině konopí je biosyntéza kanabinoidů velmi složitou sítí enzymatických procesů, které probíhají v žlázových trichomech. (3)
Kanabinoidy se syntetizují a hromadí jako karboxylové kyseliny (např.: kyselina kanabigerolová, CBGA). Někdy mohou ztratit svou kyselou část a stát se neutrálními prostřednictvím procesu zvaného dekarboxylace, který je řízen zahříváním, a nikoli prostřednictvím specifického enzymu (např.: kyselina kanabigerolová, CBGA se dekarboxyluje na kanabigerol, CBG). (4)
Obecně lze říci, že téměř všechny biologické reakce probíhají enzymatickou katalýzou, přičemž katalýzou se rozumí chemický jev, díky němuž se rychlost reakce zvyšuje zásahem látky zvané katalyzátor, která se při samotné reakci nespotřebovává.
V biologii jsou katalyzátory enzymy. K tomu, aby rostlina byla schopna vyrábět THCA, CBDA a CBCA z prekurzorové molekuly CBGA, jsou zapotřebí některé enzymatické reakce.
Různé přeměny CBG jsou enzymaticky katalyzovány třemi různými enzymy, nazývanými syntázy, které byly pro každou reakci identifikovány:
- syntáza kyseliny THC (vytváří THCA)
- syntáza kyseliny CBD (vytváří CBDA).
- syntáza kyseliny CBC (generuje CBCA).
Syntázy CBD a THC jsou si velmi podobné svou afinitou (schopností vazby) k CBG a katalytickou kapacitou. Afinita CBC syntázy k substrátu (CBG) je vyšší, ale její katalytická kapacita je naopak nižší, což vede k nižší produkci CBC.
Bylo ověřeno, že chemotypy CBD a THC jsou řízeny genem zvaným B, který má dvě formy (tzv. alely) BD a BT, které vedou k tvorbě chemotypů CBD, respektive THC.
Proto mají rostliny s vysokým obsahem CBD gen BD/BT (to znamená, že obě alely neboli formy genu jsou BD).
Rostliny s převahou THC mají gen BT / BT; rostliny s podobným poměrem obou kanabinoidů gen s charakterem BT / BD.
Rostliny s převažujícím charakterem CBG mají naopak definovanou alelu B0, která způsobuje defekt v syntéze ostatních kanabinoidů.
Jinými slovy, aby rostlina konopí mohla převážně produkovat CBG, musí mít určité "problémy" s enzymy, které katalyzují reakce na ostatní kanabinoidy (CBD, THC, CBC). (5)
Co je to rezistence na antibiotika a jak může CBG pomoci?
The World Health Organization (WHO), in one of its reports, published the first ever list of "priority pathogens" resistant to antibiotics, consisting of 12 families of bacteria that represent a serious threat to human health. (6) Among them, Staphylococcus aureus, a GRAM-positive bacterium, is one of the most infectious and common causes of morbidity and mortality worldwide.
To aggravate the situation even further, in recent years we have been witnessing a rapid spread (especially in hospitals and clinics) of a species of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (methicillin-resistant S. aureus, or MRSA), resistant to all known β-lactam antibiotics, as well as to other types of antibiotics.
In the WHO report, 75% of the other resistant bacteria is represented by GRAM-negative bacteria, bacteria which are already difficult to treat with drugs, due to the presence of a cell wall (which is not found in GRAM- positive bacteria) which makes it very complicated to attack them with a drug.
Co je to rezistence na antibiotika a jak může CBG pomoci?
Světová zdravotnická organizace (WHO) v jedné ze svých zpráv zveřejnila vůbec první seznam "prioritních patogenů" odolných vůči antibiotikům, který tvoří 12 čeledí bakterií, jež představují vážnou hrozbu pro lidské zdraví. (6) Mezi nimi je i Staphylococcus aureus, GRAM-pozitivní bakterie, která je jednou z nejčastějších příčin nemocnosti a úmrtnosti na celém světě.
Situaci ještě zhoršuje fakt, že v posledních letech jsme svědky rychlého šíření (zejména v nemocnicích a na klinikách) druhu Staphylococcus aureus rezistentního vůči meticilinu (methicilin-resistant S. aureus neboli MRSA), který je rezistentní vůči všem známým β-laktamovým antibiotikům i vůči jiným typům antibiotik.
Ve zprávě WHO je 75 % ostatních rezistentních bakterií zastoupeno GRAM-negativními bakteriemi, tedy bakteriemi, které se již obtížně léčí léky, a to kvůli přítomnosti buněčné stěny (která se u GRAM-pozitivních bakterií nevyskytuje), což velmi komplikuje jejich napadení lékem.
Jak s tím souvisí konopí a CBG?
Odhalení skrytého antibiotického potenciálu konopí je nedávná práce publikovaná v časopise ACS Infectious Diseases, který vydává Americká chemická společnost pro infekční choroby. (7)
Vědci, kteří se na studii podíleli, testovali antibakteriální aktivitu různých komerčně dostupných kanabinoidů, včetně pěti hlavních fytokanabinoidů kanabichromenu (CBC), kanabidiolu (CBD), kanabigerolu (CBG), kanabinolu (CBN) a tetrahydrokanabinolu (THC) proti S. aureus rezistentnímu vůči meticilinu.
Získané výsledky ukázaly, že všechny sloučeniny vykazují dobrou antibiotickou aktivitu, přičemž fytokanabinoidy jsou ve své neutrální formě účinnější než jejich kyselé prekurzory (CBCA, THCA...) a jejich diveriváty (CBDV, THCV...).
Vzhledem k tomu, že jedním z hlavních faktorů virulence S. aureus je schopnost vytvářet biofilm, který také zvyšuje rezistenci vůči antibiotikům, vědci testovali také schopnost testovaných sloučenin inhibovat tvorbu tohoto biofilmu. Výsledky byly v souladu s předchozími a CBG se ukázal jako nejúčinnější při inhibici tvorby biofilmu.
CBG se také ukázal jako nejúčinnější proti tvorbě spících populací MRSA, tzv. perzistentů, které jsou zodpovědné za chronicitu a recidivy infekcí vyvolaných S. aureus. (7)
CBG: potenciální nové přírodní antibiotikum?
Díky podpoře biologických počítačových analýz vědci pochopili, že možný mechanismus účinku CBG je způsoben interakcí s plazmatickou membránou GRAM-pozitivních bakterií, kterou CBG ničí.
Následné testy dále ukázaly, že CBG je účinný proti S. aureus rezistentnímu vůči antibiotikům i in vivo, u laboratorních zvířat, v dávce 100 mg/kg.
V kombinaci s polymyxinem-B (GRAM-negativním antibiotikem) získal jakýkoli testovaný fytokanabinoid větší antibakteriální schopnost. Zejména CBG, účinný proti E.coli v dávce 128 μg/ml, se v kombinaci s polymyxinem-B ukázal jako účinný v dávce pouhých 1 μg/ml.
Tím se potvrdilo to, co vědci předpokládali již dříve: že účinek fytokanabinoidů, antibiotik, se uskutečňuje destrukcí plazmatické membrány bakterií (protože polymyxin-B umožňuje fytokanabinoidům projít buněčnou stěnou GRAM-negativních bakterií a dostat se k jejich plazmatické membráně).
Jako další potvrzení této skutečnosti bylo zjištěno, že CBG v kombinaci s polymyxinem-B účinně inhibuje růst dalších velmi škodlivých GRAM-negativních bakterií, jako jsou A. baumannii, Klebsiella pneumoniae a Pseudomonas aeruginosa.
Touto novou zajímavou studií vědci "odhalili" skrytou širokospektrou antibakteriální aktivitu kanabinoidů a prokázali potenciál CBG proti patogenům rezistentním vůči antibiotikům, a to jak GRAM-pozitivním, tak GRAM-negativním.
Tento výzkum navíc ještě více podporuje myšlenku, že fytokanabinoidy mohou být produkovány rostlinou konopí jako přirozená obrana proti patogenům. (7)
Which cultivars produce CBG?
Francouzské odrůdy Santhica 23, Santhica 27 a Santhica 70 (doslova "Sans THC", bez THC) jsou příklady kultivarů (zemědělských odrůd téhož botanického druhu) s vysokou koncentrací kanabigerolu (CBG: 1,5 - 2,0 %).
V některých případech, dokonce i v kultivacích italské odrůdy Carmagnola, se vyskytuje malé procento rostlin s vysokým obsahem CBG ve srovnání s běžnou převahou CBD.
Výběr z odrůd s převahou CBG vedl k produkci kultivarů s vysokým podílem tohoto kanabinoidu, které vyvinula španělská společnost Phytoplant. Výběr těchto odrůd byl proveden počínaje jednodomými odrůdami neboli rostlinami, které mají samčí i samičí rozmnožovací orgány, definované také jako hermafroditi.
Z určitého procenta semen získaných z těchto rostlin se vyvinou dvoudomé rostliny, což umožňuje výběr fenotypů s nejlepšími vlastnostmi.
V Itálii společnost Canvasalus nedávno zaregistrovala Geronu, novou odrůdu s CBG až 8 % v rámci genetické databáze společnosti Phylos Biosciences.
Tyto rostliny by mohly být využity v nepříliš vzdálené budoucnosti, vzhledem k tomu, že výzkum CBG dosahuje slibných výsledků, a to nejen jako životaschopné antibiotikum, ale také v oblasti střevních zánětů a v dermatologii (například bylo zjištěno, že CBG je schopen inhibovat růst přerůstající lidské buněčné linie keratinocytů, jako v případě psoriázy). (8)
Závěry:
CBG - fytokanabinoid přítomný v rostlině Cannabis v nízkých koncentracích - byl vybrán vědci pro studie možného mechanismu účinku derivátů konopí k léčbě rezistence vůči antibiotikům.
Je tomu tak proto, že kromě toho, že CBG je fytokanabinoid s nejlepší antibakteriální aktivitou, má i další výhody:
Nevyvolává psychotropní účinky;
- lze jej jednoduše a levně syntetizovat v laboratoři, a to z olivetolu a geraniolu, což jsou snadno dostupné sloučeniny;
- Vzhledem k tomu, že stále více zemí přijímá CBD jako běžné léčivo, mohl by být CBG skvělou alternativou pro společnosti, které nezvládají dodržovat normy požadované pro aktivní farmaceutické ingredience a které se mohou rozhodnout pěstovat místo něj CBG;
- A co je možná nejdůležitější, testy provedené vědci ukazují, že CBG nevyvolává antimikrobiální rezistenci vůči S. aureus rezistentnímu vůči meticilinu.
References:
1) De Meijer, E. P. (2014). Chemické fenotypy (chemotypy) konopí. Handbook of Cannabis, 89-110.
2) Aizpurua-Olaizola, O., Soydaner, U., Öztürk, E., Schibano, D., Simsir, Y., Navarro, P., ... & Usobiaga, A. (2016). Evolution of the cannabinoid and terpene content during the growth of Cannabis sativa plants from different chemotypes. Journal of natural products, 79(2), 324-331.
3) Aizpurua-Olaizola, O., Soydaner, U., Öztürk, E., Schibano, D., Simsir, Y., Navarro, P., ... & Usobiaga, A. (2016) Evolution of the cannabinoid and terpene content during the growth of Cannabis sativa plants from different chemotypes. Journal of natural products, 79(2), 324-331.)
4) Onofri, C., de Meijer, E. P., & Mandolino, G. (2015). Sequence heterogeneity of cannabidiolic-and tetrahydrocannabinolic acid-synthase in Cannabis sativa L. and its relationship with chemical phenotype. Phytochemistry, 116, 57-68.)
5) De Meijer, E. P. M., & Hammond, K. M. (2005). The inheritance of chemical phenotype in Cannabis sativa L.(II): cannabigerol predominant plants. Euphytica, 145(1-2), 189-198.)
6) Tacconelli, E., et al."Global priority list of antibiotic-resistant bacteria to guide research, discovery, and development of new antibiotics." Světová zdravotnická organizace 27 (2017). APA
7) Farha, Maya A., et al. "Uncovering the hidden antibiotic potential of Cannabis." BioRxiv (2020): 833392. APA
8) Wilkinson, J. D., & Williamson, E. M. (2007). Cannabinoids inhibit human keratinocyte proliferation through a non-CB1/CB2 mechanism and have a potential therapeutic value in the treatment of psoriasis. Journal of Dermatological Science, 45(2), 87-92. doi:10.1016/j.jdermsci.2006.10.009
