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Bioengineering von Cannabis

Oktober 25, 2022 | Category : Partner & Kunden | Posted By : Daniel Gana

Die unvollkommene Ressource in der Cannabispflanze

Cannabinoide sind nicht spezifisch für die Cannabispflanze. Jüngste wissenschaftliche Fortschritte und Entdeckungen zeigen, dass Cannabis nicht die einzige Pflanze ist, die Cannabinoide und cannabinoidähnliche Verbindungen produziert. Bislang wurden mehr als acht Pflanzen identifiziert, die Cannabinoide und cannabinoidähnliche Verbindungen in unterschiedlichen Konzentrationen produzieren. Diese Verbindungen können mit Cannabinoidrezeptoren interagieren und verschiedene therapeutische Vorteile bieten. Cannabinoide wie CBD wurden aus Orangenschalen isoliert, während Sonnenblumen CBG-ähnliche Verbindungen, die Amorfrutine, enthalten.

Cannabinoide sind spezielle Formen von Terpenen, die mit dem Endocannabinoid-System interagieren. Über 120 Cannabinoide wurden in der Cannabispflanze erfolgreich identifiziert, und ihre Zahl wächst weiter. Von dieser riesigen Anzahl von Cannabinoiden, die in Cannabis sativa identifiziert wurden, ist THC (Tetrahydrocannabinol) die einzige Verbindung, die noch in anderen Pflanzen identifiziert werden muss.

THC wird in winzigen Mengen in spezialisierten Strukturen (Trichomen) auf Cannabis sativa produziert. Obwohl die THC-Konzentration von einem Kultivar zum anderen variieren kann, wird THC im Allgemeinen in beträchtlichen Mengen in den Trichomen produziert, was die Cannabispflanze zu einer unvollkommenen THC-Fabrik oder -Ressource macht.

Das jüngste Interesse an Cannabis als Medizin und für den Freizeitkonsum hat zu einer grösseren Nachfrage nach THC und anderen medizinisch wichtigen Cannabinoiden geführt. Der Anbau von THC-dominanten Kultivaren ist auf dem Vormarsch. Die THC-Konzentration von Cannabis ist in den letzten zehn Jahren dank selektiver Züchtung, Indoor-Anbau und der Produktion von kernlosen Cannabispflanzen gestiegen. Untersuchungen zeigen, dass die THC-Konzentration in getrocknetem Cannabis-Blüten von durchschnittlich 3 % in den 1980er Jahren auf heute etwa 15 % bis 30 % gestiegen ist, je nach Kultivar. Dies gilt auch für die CBD-Konzentration in Hanf.

Die unvollkommene Konzentration von THC, CBD und anderen Cannabinoiden in der Pflanze schafft neue Räume für eine industriefreundlichere Produktion dieser Verbindungen durch Cannabis-Bioengineering. Dabei handelt es sich um Verfahren, die darauf abzielen, die allgemeine Konzentration von Cannabinoiden zu optimieren und gleichzeitig den mit dem Cannabisanbau verbundenen Engpass zu beseitigen.

Obwohl es fast unmöglich ist, ein Cannabis sativa Kultivar zu haben, der alles hat, zeigen die neuesten Technologien und Zuchtprogramme in der Cannabisindustrie die Möglichkeiten zur Einführung effizienter Methoden, um dies ohne Stress zu erreichen. Ausserdem ist zu beachten, dass das Feld von medizinischem Cannabis nicht mehr auf CBD und THC beschränkt ist, da die Vorteile seltener Cannabinoide immer mehr in den Vordergrund treten. In einigen Fällen, erzielen diese Cannabinoide höhere Aktivitäten als CBD und THC und können beispielsweise mit einer geringeren Dosis eine bessere Wirkung erzielen. 

Wie verändert die Biotechnologie die Cannabisbranche?  

Da die FDA (US-Behörde für Lebens- und Arzneimittel) bei synthetischen Cannabinoiden die Augenbrauen hochzieht, besteht ein erhöhter Bedarf an biosynthetischen Cannabinoiden. Biosynthetische Cannabinoide sind Cannabinoide, die aus Lebewesen synthetisiert werden. Sie sind Produkte des Cannabis Bioengineerings.

Beim Cannabis Bioengineering werden bewusste genetische Veränderungen (oder Manipulationen) vorgenommen, um den Produktionsprozess der Cannabispflanze und ihrer Inhaltsstoffe zu vergrössern. Dazu gehören Alkaloide, Terpene, Flavonoide, Cannabinoide und ätherische Öle. Das Cannabis Bioengineering zielt darauf ab, die Konzentration der Wirkstoffe in der Pflanze zu optimieren und gleichzeitig den Anbau zu erleichtern. Es gibt zwar eine ganze Reihe biotechnologischer Verfahren im Cannabisanbau und in der Cannabisindustrie, aber dieser Artikel konzentriert sich auf die beiden neuesten, die im Folgenden vorgestellt werden.

Von Mikroben (biosynthetisch) synthetisierte Cannabinoide

Mikroorganismen wie filamentöse Pilze, Hefen und Bakterien werden in grossem Umfang als Biofabriken genutzt. Sie werden für die biologische Synthese von medizinisch wichtigen Verbindungen wie Antibiotika, Hormonen und anderen sekundären Stoffwechselprodukten verwendet. Der Prozess umfasst eine komplizierte Reihe von kontrollierten Reaktionen, die zur natürlichen Produktion dieser wichtigen Verbindungen durch Mikroorganismen führen. Mikroorganismen können so manipuliert werden, dass sie ausgehend von Zuckern oder anderen Kohlenhydraten Cannabinoide synthetisieren und ausscheiden. Dies wurde erfolgreich durch die Biosynthese von CBD und THC durch einige Bakterien, Pilze und Algen erreicht. 

Bei diesem Verfahren wird das für die Biosynthese von CBGa (Cannabigerolsäure) verantwortliche Gen abgeschnitten und in die Bakterien-, Hefe- oder Pilzzelle eingefügt. Andere Enzyme wandeln dann dieses CBGa um, um THCa, CBDa oder CBCa zu synthetisieren. Nach einer mehrstündigen Fermentation kann der Mikroorganismus diese Cannabinoide ausscheiden. Diese Methode erfordert keinen Anbau der Cannabispflanze. 

Wissenschaftlern ist es gelungen, in Hefe ein Stoffwechselnetz zu schaffen, das Zucker in THC, CBD und andere Cannabinoide umwandelt. Sie demonstrierten, wie Teig zu einem geeigneten Ausgangsmaterial für die Synthese von CBGa und seinen Derivaten (CBDa, THCa und CBCa) entwickelt werden kann. Diese Cannabinoide können sich unter Hitze- oder Lichteinwirkung leicht in THC, CBD und CBC umwandeln. Die Wissenschaftler berichteten auch über die Biosynthese von THCV und CBDV, die zu den seltenen Cannabinoiden gehören.

Bakterienstämme wie Zymomonas cannabinoidis, ein neuer Stamm von Zymomonas mobilis, der speziell für die Synthese von Cannabinoiden geschaffen wurde, können mehr als 180 Cannabinoide durch Glukosefermentation synthetisieren. Die Bakterien können dem Fermentationsmedium 900 Stunden lang ohne Unterbrechung Cannabinoide hinzufügen. Die berechnete Ausbeute für diesen Prozess liegt bei bis zu 4,5 kg Cannabinoid pro Gramm des verwendeten Bakteriums.

Die Biosynthese von Cannabinoiden steht zwar nicht in direktem Zusammenhang mit der Cannabispflanze, erfordert jedoch eine umfassende Überwachung der Qualität von Rohstoffen und Produkten. An dieser Stelle kommt unser Herstellungsmodul von Cannavigia ins Spiel.

Modifizierung der chemischen Synthese in der Cannabispflanze   

Durch Veränderung der Zellen der Cannabis- oder Hanfpflanze können die Landwirte die Cannabispflanze so manipulieren, dass sie jedes Cannabinoid ihrer Wahl produziert. Dieser Prozess macht Cannabinoide in jedem Teil der Cannabispflanze verfügbar, nicht nur in den Trichomen. Denken Sie daran, dass Cannabinoide wie THC in den Trichomen in begrenzten Konzentrationen enthalten sind. Dies wird die Gesamtproduktion verbessern und die Pflanze für eine bessere Leistung als industrielle Quelle optimieren.

Die Veränderung der chemischen Synthese innerhalb der Cannabispflanze wird auch die Massenproduktion von seltenen/geringen Cannabinoiden ermöglichen. Dies wird letztlich zur Entwicklung neuer Kultivare führen, die diese Cannabinoide in marktfähigen Mengen für medizinische und Freizeitzwecke synthetisieren können.

Bioengineering von Cannabis vs. Anbaumethoden   

Biotechnische und konventionelle Cannabisanbaumethoden haben Vor- und Nachteile, die jedes Verfahren einzigartig machen. Während die Welt nach einem effektiveren Verfahren zur Synthese von Cannabinoiden sucht, sind einige skeptisch, was die Sicherheit von biosynthetischen Cannabinoiden angeht. Nicht wenige Anwender glauben, dass biotechnisch hergestellte Cannabinoide nicht weit von synthetischen Cannabinoiden entfernt sind.

Biosynthetisierte Cannabinoide unterscheiden sich nicht von Cannabinoiden, die aus der Cannabispflanze gewonnen werden. Sie unterscheiden sich nur durch ihren Herkunftsorganismus (in diesem Fall Mikroorganismen). Sie werden durch die gleichen Enzyme hergestellt und unterliegen der gleichen Wechselwirkung mit den Rezeptoren. Im Gegensatz zu synthetischen oder halbsynthetischen Cannabinoiden, die aus synthetischen Verbindungen gewonnen werden, werden biosynthetische Cannabinoide in einer kontrollierten Umgebung hergestellt, die sich vom Anbau der Cannabispflanze unterscheidet.

Die Möglichkeit, auf Verunreinigungen oder Kontaminanten zu stossen, ist geringer, da sich die biosynthetischen Cannabinoide meist auf die Produktion isolierter Verbindungen konzentrieren. Dadurch kann die einzigartige Beziehung zwischen Terpenen und Cannabinoiden in der Cannabispflanze verloren gehen, was jedoch durch eine hohe Cannabinoidausbeute kompensiert wird. 

Vor- und Nachteile von biosynthetischen Cannabinoiden und biotechnologischen Verfahren

Massenproduktion von seltenen oder geringfügigen Cannabinoiden

Die Konzentration von Cannabinoiden in der Cannabispflanze ist recht begrenzt. Man schätzt, dass 1 g Cannabisblüten im Durchschnitt 100 mg bis 200 mg CBD enthalten. Dies hängt vom verwendeten Kultivar ab.

Die Herausforderung, die mit der begrenzten Konzentration von Pflanz-Cannabinoiden verbunden ist, kann mit biosynthetischen Cannabinoiden gelöst werden. Die Mikroorganismen können so manipuliert werden, dass sie hohe Konzentrationen seltener Cannabinoide wie THCV, CBDV, THCH, CBDH, THCP, THCjd und viele andere produzieren.

Schnelle und einfache Produktion von Cannabinoiden  

Im Gegensatz zum Anbau der Cannabispflanze können die Hersteller bereits nach wenigen Tagen der Fermentation eine hohe Konzentration an Cannabinoiden gewinnen. Dies steht im Gegensatz zu dem 120-Tage-Zyklus, den die meisten Pflanzen aufweisen. Biosynthetisierte Cannabinoide erfordern keinen Cannabisanbau, was den Prozess effizienter macht.

Begrenzt auf Cannabis-Isolate 

Biosynthetisch hergestellte Cannabinoide mögen zwar perfekt für Cannabisisolate sein, aber sie nehmen der Cannabispflanze die einzigartige Terpen-Cannabinoid-Beziehung. Man beachte, dass diese Beziehung für den sogenannten Entourage-Effekt wichtig ist und viele Rezeptoren gleichzeitig auslöst. Menschen, die die Wirkung von Vollspektrum- und Breitspektrumprodukten erleben wollen, müssen sich möglicherweise mit Cannabisprodukten zufriedengeben.

Vor- und Nachteile des Cannabisanbaus  

Während sich der Grossteil der Cannabisaufklärung und -verwendung auf Cannabinoide und ihre Schwestermoleküle wie Terpene, Flavonoide, Alkaloide und ätherische Öle konzentriert hat, ist es wichtig zu erwähnen, dass die industrielle Nutzung von Cannabis nicht nur auf diese beschränkt ist. Die Forschung zeigt, dass jeder Teil der Cannabispflanze für einen guten Zweck verwendet werden kann. Für die Pflanze und ihre Produkte gibt es über 100 Verwendungsmöglichkeiten. Der Rückgriff auf die biotechnologische Herstellung von Cannabinoiden kann nur ein Problem lösen: die Synthese von Cannabinoiden. Cannabis ist eine gute Quelle für Biokraftstoff, Fasern, Biokunststoff und viele andere Industrieprodukte. Einige der Vor- und Nachteile des Cannabisanbaus werden im Folgenden erörtert.

Der Cannabisanbau kann zur Gesundheit der Umwelt beitragen  

Die Cannabispflanze kann Schwermetalle in ihren Wurzeln und Stängeln aufnehmen und speichern. Dies kann die Verschmutzung des Bodens mit Schwermetallen umkehren und die Umwelt reinigen. Der Cannabisanbau kann durch Rhizofiltration, Phytoextraktion, Phytovolatilisation und Phytodegradation zur Gesundheit der Umwelt beitragen. In solchen Fällen können Cannabiskomponenten nicht für den menschlichen Verzehr verwendet werden.

Grösserer Anwendungsbereich  

Wie bereits erwähnt, können Cannabis und seine Produkte für über 100 verschiedene Zwecke eingesetzt werden. Der Cannabisanbau kann mehrere Branchen mit Rohstoffen versorgen und so seinen Wert steigern.

Was ist besser: Cannabis-Biotechnik oder Cannabisanbau?  

Der einzige Zweck des Cannabis-Bio-Engineering besteht darin, den Cannabisanbau und die Cannabinoidkonzentration zu steigern. Die biotechnologischen Verfahren sind nützlich, um die mit dem Cannabisanbau verbundenen Engpässe zu beseitigen. Im Moment zielen die biotechnologischen Verfahren für Cannabis darauf ab, industrielle Mengen an Cannabinoiden zu produzieren. Im Gegensatz dazu zielt der Cannabisanbau darauf ab, Cannabis-Kultivare zu identifizieren und zu verbreiten, die eine hervorragende Kombination von Inhaltsstoffen aufweisen.

Jedes Verfahren ist in seiner Anwendung einzigartig und sollte auf der Grundlage seiner Stärken in Betracht gezogen werden. Wenn Sie mehr an der Isolierung seltener Cannabinoide interessiert sind, können Sie sich für biosynthetische Verfahren entscheiden. Der Cannabisanbau eignet sich jedoch hervorragend, um die natürlichen Beziehungen zwischen den Verbindungen in der Pflanze zu bewahren. Der Cannabisanbau trägt auch zur Gesundheit der Umwelt bei und fördert gleichzeitig andere Nutzungsmöglichkeiten der Cannabispflanze.

Cannavigia und das Bioengineering von Cannabis

Unser Herstellungsmodul bei Cannavigia bietet viele Vorteile, die Cannabisanbauern und -herstellern bei jedem Schritt ihres Weges helfen werden. Es bietet volle Transparenz und Rückverfolgbarkeit über alle Rohstoffe, Geräte und Prozesse, jeden Parameter, der bei der Cannabisproduktion verwendet wird.

Das Herstellungsmodul achtet besonders darauf, dass Zwischen- und Endprodukte gemäss den Spezifikationen prozessiert respektive hergestellt werden. Jeder Schritt der Cannabisproduktion kann digital dokumentiert werden. Dies trägt dazu bei, dass Ihre Produkte den gesetzlichen Anforderungen entsprechen und bietet gleichzeitig einen tieferen Einblick in den Arbeitsprozess.

Zu den Aufgaben unseres Herstellungsmodul gehören unter anderem die folgenden:

  • Vollständige digitale Sichtbarkeit des Herstellungsprozesses
  • Verwaltung der Wartung und Reinigung von Produktionsanlagen
  • Protokollierung von Nebenprodukten wie Bakterien oder Enzymen zur späteren Verwendung
  • Verwaltung des Bestands und der Lagerbedingungen
  • Rückverfolgbarkeit aller Stoffe und Materialien durch einen geführten Wareneingangsprozess
  • Standardisierung von Arbeitsabläufen und schneller Zugriff auf relevante Produktions-SOPs
  • Verwaltung von Spezifikationen
  • Freigabeprozess gemäss den Spezifikationen
  • Überwachung der Umgebungsdaten von Räumen durch IoT-Sensoren
  • Erledigung von Verwaltungsaufwand

Dank dieser Funktionen können Sie die Qualität sicherstellen, Ihre Produktion optimieren und haben volle Datentransparenz.

Sehen Sie sich unser Herstellungsmodul an, um mehr darüber zu erfahren, wie wir Ihre Cannabisproduktion ohne Qualitätseinbussen skalieren können.

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