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？
核心意义：开启了“生物制造”大麻素的新时代
过去，大麻素的获取主要依赖于两种方式：一是从大麻植物中提取，二是进行化学合成。这两种方法都存在明显的局限性。
植物提取的挑战： 大麻植物的种植受到法律法规的严格限制，且产量受生长条件、品种等多种因素影响。此外，植物中大麻素的纯化过程复杂，成本高昂，并且可能含有其他非目标化合物。
化学合成的瓶颈： 大麻素，尤其是CBD（大麻二酚）和THC（四氢大麻酚）等活性成分，分子结构复杂，化学合成路线往往冗长、低效，需要使用昂贵的催化剂和苛刻的反应条件，并可能产生有毒的副产物。
而这项在微生物中合成大麻素的研究，则提供了一个高效、可持续、可控且可能更具成本效益的全新选择。它本质上是将微生物变成了一个个微小的“生物工厂”，利用其自身的代谢途径来生产这些原本只存在于大麻植物中的分子。
具体意义的深度解析：
1. 颠覆性的生产方式：
可持续性与环境友好： 微生物发酵通常在温和的条件下进行，使用可再生的碳源（如糖）作为原料，大大减少了对土地、水资源和化学试剂的依赖，也降低了能源消耗和废弃物产生。与依赖大面积种植和复杂化学反应相比，其环境足迹更小，更符合可持续发展的理念。
高纯度与可控性： 微生物通过精确调控的酶促反应来合成大麻素，这意味着我们可以获得更高纯度、更标准化的产品，并且能够精确控制最终产物的种类和含量，例如，可以定向生产特定的大麻素或其衍生物。
不受植物基因限制： 从植物中提取大麻素，其产量和组成受限于植物的基因和生长环境。而通过微生物合成，我们可以绕开这些限制，通过基因工程来优化微生物的代谢途径，甚至“设计”出生产出自然界不存在但具有潜在价值的大麻素衍生物。
成本效益的巨大潜力： 一旦发酵工艺成熟和规模化，微生物合成有望大幅降低大麻素的生产成本，使其在医药、保健品、化妆品等领域的应用更加广泛和普及。
2. 加速大麻素研究与应用：
快速获取研究材料： 在过去的科学研究中，获取足够量且高纯度的大麻素用于实验研究往往是一个挑战。这项研究使得研究人员可以更容易地获得各种大麻素及其衍生物，这将极大地推动对它们药理作用、治疗潜力和生物学机制的深入研究。
开发新型大麻素及其衍生物： 通过基因编辑技术，我们可以对微生物的合成途径进行改造，使其能够生产出天然大麻素结构类似但具有不同药理特性或更高生物活性的化合物。这为开发新型药物和功能性产品打开了新的大门。例如，可以设计出具有更强止痛效果、更少副作用或全新疗效的大麻素衍生物。
解决法律和伦理问题： 许多国家和地区对大麻的种植和使用有严格的法律限制。微生物合成大麻素，可以实现“无植物”生产，理论上可以规避一些与大麻植物相关的法律和伦理问题，使得大麻素的合法生产和广泛应用成为可能。
3. 推动合成生物学与生物制造领域的发展：
技术验证与示范效应： 此项研究为合成生物学在复杂天然产物生产方面的能力提供了强有力的证明。它展示了如何通过工程化微生物复杂的生物合成通路，将基因工程、代谢工程、发酵工程等技术有效整合，为未来合成更多高价值天然产物（如药物、香料、生物材料等）奠定了基础。
培养人才与技术积累： 这项前沿研究的开展，必然会吸引更多科学家和工程师投身合成生物学领域，加速相关技术的创新和人才的培养，推动整个生物制造产业的进步。
展望未来：
这项研究无疑是一个里程碑，但它也仅仅是开始。未来，研究的重点将集中在：
提高生产效率和产量： 优化菌株、发酵工艺，使其能够以更高的效率和产量生产目标大麻素。
拓宽衍生物谱系： 通过更深入的基因改造，探索生产更多具有潜在应用价值的大麻素衍生物。
降低生产成本： 随着技术的成熟和规模化生产的实现，进一步降低生产成本，使其在市场上更具竞争力。
安全性评估： 对微生物合成的大麻素进行全面的安全性和纯度评估，确保其在医药和保健领域的应用安全可靠。
总而言之，Nature 报道的这项研究，通过在微生物中成功合成大麻素，为我们提供了一种更可持续、更灵活、更可控、成本效益更高的大麻素生产方式。它不仅将深刻影响大麻素产业的格局，更将推动合成生物学和生物制造技术的进步，为人类健康和医药发展带来巨大的潜力。这标志着我们从自然中“采摘”化合物，转向在实验室里“制造”化合物的重大转变，开启了大麻素利用的新纪元。
网友意见
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：
- Luo, Xiaozhou, Michael A. Reiter, et al. 2019. 'Complete biosynthesis of cannabinoids and their unnatural analogues in yeast', Nature.
- Galanie, Stephanie, et al. "Complete biosynthesis of opioids in yeast."Science349.6252 (2015): 1095-1100.
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