La capacità della cannabis di sintetizzare cannabinoidi come THC, CBD e CBC affonda le sue radici in un processo evolutivo durato milioni di anni, durante il quale enzimi ancestrali flessibili si sono progressivamente specializzati nelle molecole che oggi conosciamo. Un team di ricercatori della Wageningen University & Research nei Paesi Bassi è riuscito per la prima volta a ricostruire sperimentalmente questi enzimi primordiali, fornendo la prova diretta di come si sia sviluppata questa straordinaria capacità biochimica. La ricerca, pubblicata sulla rivista scientifica Plant Biotechnology Journal, non solo getta luce sull'evoluzione molecolare della pianta, ma apre prospettive concrete per la produzione biotecnologica di cannabinoidi a scopo terapeutico.
Gli scienziati hanno utilizzato una tecnica sofisticata chiamata ricostruzione di sequenze ancestrali, che permette di "tornare indietro nel tempo" analizzando il DNA delle piante moderne per dedurre la struttura genetica degli antenati. Confrontando le sequenze genetiche di diverse specie imparentate con la cannabis, i ricercatori hanno potuto predire con elevata accuratezza la configurazione degli enzimi esistenti milioni di anni fa. Questi enzimi ancestrali sono stati poi sintetizzati in laboratorio e testati direttamente per verificarne la funzionalità, fornendo così la prima evidenza sperimentale concreta del processo evolutivo.
I risultati dimostrano che le piante di cannabis ancestrali possedevano enzimi molto meno specializzati rispetto a quelli attuali. Un singolo enzima primordiale era in grado di catalizzare la sintesi di diversi cannabinoidi contemporaneamente, mostrando una versatilità oggi perduta. Nel corso dell'evoluzione, eventi di duplicazione genica hanno permesso la comparsa di copie multiple di questi enzimi, che hanno poi subito mutazioni indipendenti. Questo processo ha gradualmente affinato la specificità enzimatica: dove un tempo un solo catalizzatore biologico produceva vari composti, oggi esistono enzimi altamente specializzati dedicati ciascuno alla sintesi di THC, CBD o CBC.
La scoperta ha implicazioni pratiche immediate per l'industria biotecnologica. Robin van Velzen, ricercatore che ha guidato lo studio insieme alla collega Cloé Villard, sottolinea come questi enzimi ancestrali si siano dimostrati sorprendentemente più facili da produrre in microrganismi come i lieviti rispetto agli enzimi della cannabis moderna. Questa caratteristica assume particolare rilevanza considerando che la produzione industriale di cannabinoidi si sta progressivamente spostando dalla coltivazione tradizionale verso sistemi di biosintesi in fermentatori, dove microrganismi geneticamente modificati fungono da bioreattori molecolari.
Tra gli enzimi ricostruiti, uno ha mostrato una specificità eccezionale per la produzione di cannabicromene (CBC), un cannabinoide dalle documentate proprietà antinfiammatorie e analgesiche che attualmente non si trova in concentrazioni elevate in nessuna varietà naturale di cannabis. L'introduzione di questo enzima ancestrale nel genoma di piante moderne potrebbe permettere lo sviluppo di cultivar medicinali innovative con profili cannabinoidi completamente nuovi, ottimizzati per specifiche applicazioni terapeutiche piuttosto che ricreative.
La ricerca illustra perfettamente come l'evoluzione proceda attraverso un processo di specializzazione progressiva: ciò che inizialmente appare come un sistema "grezzo" o poco raffinato si rivela invece il punto di partenza flessibile da cui emergono funzioni altamente specifiche. Nel caso della cannabis, la pressione selettiva ha favorito piante con enzimi sempre più efficienti nella produzione di cannabinoidi specifici, probabilmente perché questi composti svolgevano ruoli ecologici importanti come deterrenti contro erbivori o protezione da stress ambientali.
Le prospettive future di questa linea di ricerca sono molteplici. Da un lato, la possibilità di ingegnerizzare microrganismi con enzimi ancestrali più stabili potrebbe abbassare significativamente i costi di produzione dei cannabinoidi farmaceutici, attualmente estratti dalle piante o sintetizzati chimicamente con processi complessi. Dall'altro, la comprensione dettagliata dell'evoluzione enzimatica apre la strada alla progettazione razionale di biocatalizzatori completamente nuovi, capaci di generare cannabinoidi sinora inesistenti in natura ma potenzialmente dotati di proprietà terapeutiche superiori.
