Nature 报道人类首次在微生物中合成大麻素及其相关衍生物，这项研究具有怎样的意义？ 第1页

号外号外，人类利用合成生物学技术在酵母中产出了大麻！以后有可能不用辛辛苦苦种植大麻类作物，只需要在工厂里连续24小时培养小小的微生物，然后提取对应的化学分子就可以啦！这项工作对于基础研究和医学研究均有重要的价值。

但如果你对这项工作有任何非分之想的话，那么请直接滑到回答的最后一部分，认真仔细的阅读 。

这是2019年合成生物学领域的一项极其重要的成果。首先祝贺罗小舟老师作为第一作者在《自然》杂志发表了这一重要的学术成果。

文章主要讲了什么内容呢？

简要来说，研究人员在酵母中人工设计了大麻类化学分子的代谢途径，原本在植物中产生的化学物质可以在酵母这种真核微生物中生产了。这个代谢途径就是下面这张图：

研究人员对酿酒酵母自身的代谢途径甲羟戊酸途径进行了改造，并引入合成己酰辅酶A的代谢途径。同时利用生物信息学的方法，挖掘了数种植物的转录组或基因组，从不同的生物中中寻找基因元件，引入及改造超过15个来自不同物种的基因，在酵母中实现了人工设计和改造的代谢通路，合成了大麻素复合物种主要的化学分子，包括：大麻萜酚酸（CBGA）、四氢大麻酚（THCA）、大麻二酚（CBDA）。同时这一平台可以进一步用于合成更多的大麻类化学衍生物。这项工作为未来更广泛的关于大麻素的相关研究提供了方便，有望促进针对多种人类疾病的新药研发。具体内容，@BioArtReports已经讲得很清楚了，在这里就不多说啦。

大麻中含有130余种大麻素（大麻素就是大麻植株中提取出来的有效成分），其中，最主要的两种大麻素就是我们天天说的四氢大麻酚THC和大麻二酚CBD，前者是大麻植株中的精神活性成分，后者是大麻当中极具医疗价值的有益成分，主要用于临床治疗严重的儿童癫痫症，并且还有许多其他潜在的医疗和保健应用。

由于其重要的科学、医疗价值以及随着美国一些州和加拿大对大麻类物质合法化，不仅仅是大学以及研究机构里的科学家和工程师，更多的公司也在尝试利用微生物来实现大麻类化学分子的生物制造，比如去年The Guardian就报道了合成生物学领域的公司Ginko Biosworks就在尝试这方面的工作。

同时可以看到这篇Nature文章最后的Competing interests，也可以看出这篇文章的诸多作者也是和商业领域联系十分紧密的。

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再说一点，其实除了大麻类化学分子，人类在2014年还在酵母中实现了鸦片类化学物质的生物合成。

这个项目的领导者Christina Smolke还在2015年获得了《自然》评选的年度十大科学人物：

以下是在酵母中合成鸦片化学物质的代谢途径，其中一共涉及来自植物、哺乳动物、细菌和酵母本身的46个基因：

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写到这里，可能很多人以为微生物都是用来生产“毒品”的，当然不是，微生物的作用太大了，是人类的宝贝，我们称之为神奇的“细胞工厂”：以下是我在国科大中学生夏令营上的报告PPT。内容借鉴了 @李腾 @张浩千 两位前辈的演讲PPT，全部演讲内容，请戳链接：

为什么称微生物为神奇的工厂呢？

“神奇”在于微生物的特点：

无人值守 全自动化 24小时不间断——在工厂里细菌可可以24小时不间断的进行生产，不似植物易受到环境的影响；
遇到故障自动修复——细菌具有对自己DNA代码的修复能力，保证每一代的DNA代码是准确的，能够生产出正确的产品；
每个30分钟，自动复制一次——细菌具有自我复制能力，能够不断的进行自我更新，且速度很快，比如常见的大肠杆菌，只需要30分钟左右，就可以自我复制一代；
尺度：500纳米——细菌的体积非常小，大部分细菌的尺度在500纳米到5微米之间；

而称之为工厂则是指人类利用细菌生产的化学物质与我们的生活戚戚相关，比如啤酒、酸奶、味精、胰岛素、抗生素、美容产品（玻尿酸）、甚至“椰果”也是微生物生产的。

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根据国际公约、国内法律法规以及对人类危害的程度，我国将大麻列为麻醉药品和一类精神药品进行严格管制。

(一）根据《中华人民共和国刑法》第357条及食品药品监管总局、公安部、国家卫生计生委公布的《麻醉药品品种目录（2013年版）》、《精神药品品种目录（2013年版）》规定，大麻和大麻树脂与大麻浸膏和町（Cannabis and Cannabis Resin and Extracts and Tinctures of Cannabis)、四氢大麻氛（Tetrahydrocannabinol)都是毒品。

（二）根据《中华人民共和国刑法》第347条，走私、贩卖、运输、制造毒品，无论数量多少，都属刑事犯罪，要追究刑事责任，最高可被判处死刑。根据第348条，非法持有毒品数量“大”和“较大”的，是刑事犯罪，可处拘役或管制、有期徒刑、无期徒刑。具体到大麻，根据2016年《最高人民法院关于审理毒品案件定罪量刑标准有关问题的解释》，持有数量“较大”指大麻油1千克到5千克、大麻脂2千克到10千克、大麻叶及大麻烟30千克至150千克。

（三）根据《中华人民共和国刑法》第6条，凡在中华人民共和国领域内犯罪的，除法律有特别规定外，都适用刑法。凡在中华人民共和国船舶或航空器内犯罪的，也适用刑法。犯罪的行为或结果有一项发生在中华人民共和国领域内的，就认为是在中华人民共和国领域内犯罪。

（四）根据《中华人民共和国刑法》第7条之规定，中华人民共和国公民在中华人民共和国领域外犯刑法规定之罪的，适用刑法，但是按刑法规定的最高刑为三年以下有期徒刑的，可以不予追究。

（五）根据《中华人民共和国治安管理处罚法》第72、73条，非法吸食、持有和向他人提供少量毒品，教唆、引诱、欺骗他人吸食毒品，都属违法行为，最高可处15日以下拘留和2000元罚款。

（六）《麻醉药品和精神药品管理条例》（国务院第442号）第四条规定：国家对麻醉药品药用原植物以及麻醉药品和精神药品实行管制。除本条例另有规定的外，任何单位、个人不得进行麻醉药品药用原植物的种植以及麻醉药品和精神药品的实验研究、生产、经营、使用、储存、运输等活动。

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再次祝贺罗小舟老师！

参考资料：

1. Luo, Xiaozhou, Michael A. Reiter, et al. 2019. 'Complete biosynthesis of cannabinoids and their unnatural analogues in yeast', Nature.
2. Galanie, Stephanie, et al. "Complete biosynthesis of opioids in yeast."Science349.6252 (2015): 1095-1100.