大麻（Cannabis sativa L.）因其药用价值已在全球种植和使用了数千年。一些大麻素（cannabinoid）---大麻的特征性成分---及其类似物因其潜在的医学用途而被广泛研究。某些大麻素制剂已被批准作为一些国家的处方药用于治疗一系列人类疾病。然而，大麻素的研究和药物使用因对大麻的法律限制、几十种已知的大麻素在植物中的较低丰度及其结构复杂性而受到阻碍。

在一项新的研究中，来自美国加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员报道了在酿酒酵母中利用简单的半乳糖对主要的大麻素---大麻萜酚酸（cannabigerolic acid）、Δ9-四氢大麻酚酸（Δ9-tetrahydrocannabinolic acid）、大麻二醇酸（cannabidiolic acid）、Δ9-四氢次大麻酚酸（Δ9-tetrahydrocannabivarinic acid）和次大麻酚酸（cannabidivarinic acid）进行完全生物合成。相关研究结果发表在2019年3月7日的Nature期刊上，论文标题为“Complete biosynthesis of cannabinoids and their unnatural analogues in yeast”。

为了实现这一点，这些研究人员对天然的甲羟戊酸途径进行改造来提供高通量的香叶基焦磷酸（geranyl pyrophosphate），并引入了一种多生物来源的己酰基-CoA生物合成途径。他们还引入了编码参与二羟基戊基苯甲酸（olivetolic acid）生物合成的酶的大麻基因，以及编码一个之前未发现的具有香叶基焦磷酸:二羟基戊基苯甲酸香叶基转移酶（geranylpyrophosphate:olivetolate geranyltransferase）活性的酶的基因和编码相应的大麻素合酶的基因。

此外，这些研究人员建立了一种利用几个途径基因的多功能性产生大麻素类似物的生物合成方法。让他们进行基因改造的酿酒酵母菌株摄入不同的脂肪酸可产生经过修饰的大麻素类似物，这种修饰可改变它们的受体结合亲和力和效力。他们还证实他们的生物系统可以通过简单的合成化学来进行补充，从而进一步扩大可获得的化学物空间。

总之，这项研究为产生天然的和非天然的大麻素提供了一个平台，这将允许对这些大麻素进行更严格的研究，并可能用于开发针对各种人类健康问题的治疗方法。