¿Cómo se forma el CBD?

Hoy en día conocemos que, tal como describió Leonard Fuchs en el siglo XVI (1), el Cannabis es un género monotípico que se compone de una sola especie: Cannabis sativa. Esto no quita que, como resultado de los procesos de breeding y selección, a lo largo de los años se hayan desarrollado un gran número de variedades, principalmente para el mercado recreativo, donde destacan nombres como Critical + 2.0, Original Amnesia o Skunk.

En la actualidad, sin embargo, están proliferando los programas de cría enfocados hacia el cannabis medicinal y que se centran por tanto en los diferentes cannabinoides, principalmente en el cannabidiol (CBD), pero también en otros como el cannabidivarin (CBDV) o el cannabigerol (CBG). Ya sea para uso recreativo o medicinal, las variedades resultantes contienen los mismos cannabinoides pero en diferentes proporciones, motivo por el cual sería más apropiado hablar de "quimiovares" en lugar de cultivares, de la misma forma que sería preferible clasificar las diferentes variedades en función de su contenido de cannabinoides y no del fenotipo.

No en vano, es el porcentaje de cannabinoides y terpenoides lo que las hace únicas. Por lo general, estas sustancias se acumulan en la cavidad secretora de los tricomas glandulares, que se encuentran principalmente en las flores y hojas de las plantas hembra, y son las responsables de su aroma, sabor y efecto (2). Aun así, también es posible encontrar terpenos en las raíces, así como cantidades mínimas de cannabinoides en las semillas, el polen y, de nuevo, en las raíces.

En los últimos años, algunos de los bancos de semillas como Dinafem Seeds se han enfocado en proyectos de breeding para desarrollar variedades con altos contenidos de CBD, pues este cannabinoide, cada vez más de moda, contiene propiedades muy útiles tanto en el ámbito medicinal como en el recreacional. 

¿Cuándo se descubrió el CBD?

El cannabidiol se aisló por primera vez en 1940 (Adams) y se identificó en 1963 (Mechoulam and Shvo) (3). Su estructura química es similar a la del THC, por lo que en condiciones de acidez es posible obtener su isomerización; esto es, la conversión del CBD en THC mediante una reacción química. Aun así, este fenómeno no se da en el organismo humano, ya que el pH gástrico no es lo suficientemente ácido.

Hasta la fecha, se han descubierto y documentado más de 113 cannabinoides, si bien algunos de ellos son productos de la degradación que se encuentran en la planta en cantidades ínfimas (4). En este artículo nos centraremos en la síntesis del CBD.

¿Cómo se forma el CBD?

Con el transcurso de los años se ha ido comprendiendo mejor el proceso de biosíntesis que permite la producción de cannabinoides. Además, ha quedado demostrado que estos compuestos y los terpenoides están químicamente relacionados, pues comparten precursor: el pirofosfato de isopentenilo (IPP), que proviene de ácidos grasos (5). Esta similitud estructural es la razón por la que el beta-cariofileno (sesquiterpenoide) se une al receptor CB2 para producir efectos en el organismo y explica también por qué la que la ingesta de ácidos grasos puede alterar el nivel de endocannabinoides de este.

La biosíntesis del CBD tiene lugar en los tricomas, unas estructuras glandulares y unicelulares con forma de pelillo que se encuentran en la epidermis de la planta, y tiene mucho en común con la biosíntesis de terpenos, motivo por el cual se considera que ambas moléculas están relacionadas. La biosíntesis del CBD se produce mediante la reacción del ácido olivetólico y el pirofosfato de geranilo, y depende de la acción de la enzima CBDA sintasa. Este proceso da lugar a la producción de CBDA, una forma ácida del CBD que actúa como precursor del cannabinoide. El CBDA se encuentra principalmente en el cannabis fresco y su descarboxilación (eliminación del CO₂) es lo que da lugar al CBD. Este proceso suele desencadenarse mediante la exposición a los rayos UV, por la acción del calor o como resultado de un almacenamiento prolongado. 

Es por ello que el CBDA se encuentra principalmente en el cannabis fresco, mientras que el CBD se produce durante el secado o al fumar. Como ya hemos mencionado, el IPP puede dar lugar a la producción tanto de cannabinoides como de terpenos. Para producir cannabinoides y monoterpenos, el IPP se transforma primero en pirofosfato de geranilo (GPP), mientras que para producir sesquiterpenos se convierte en pirofosfato de farnesilo (FPP).

Seguidamente, estos precursores reaccionan con diferentes compuestos y enzimas en función de la vía biosintética. De esta manera, se crean dos cannabinoides principales, los compuestos ácidos CBGVA y CBGA, que más adelante se sintetizan en otros cannabinoides ácidos mediante diferentes vías: la CBDA sintasa da lugar al CBDA; la THCA sintasa, al THCA, y la CBCA sintasa, al CBCA. Los genes responsables de la expresión de estas enzimas se encuentran en diferentes proporciones en las plantas, lo que da lugar a diferentes niveles de cannabinoides y, por tanto, a que cada variedad tenga un perfil de cannabinoides único.

Es aquí donde se están centrando los programas de breeding y selección. El trabajo de los breeders consiste precisamente en cruzar plantas que presenten rasgos deseables para obtener generaciones nuevas que posean el gen responsable de dicho rasgo y contengan por tanto el perfil de cannabinoides deseado. Finalmente, tras secar y curar las flores de la manera adecuada, sin excesos de luz ni calor, los cannabinoides contenidos se encontrarán principalmente en su forma ácida.

Al no constituir una reacción enzimática, la descarboxilación de los cannabinoides (pérdida del grupo COOH) se considera un proceso de degradación. Este puede producirse en la propia planta, pero lo más habitual es que tenga lugar al fumar las flores o al hornearlas para elaborar algún tipo de comestible. Es entonces cuando se producen el THC, el CBD, el CBC y el CBG, que se consideran formas activas de los cannabinoides. Otro producto que se obtiene por degradación es el CBN, que se forma a partir del THC y constituye una clara señal del deterioro de la planta (6).

Gracias a los avances de la ciencia, las plantas de marihuana y sus procesos de biosíntesis han dejado de ser la única fuente de obtención de cannabinoides existente. Algunos microorganismos como las levaduras y las bacterias se pueden modificar genéticamente para que produzcan cannabinoides mediante la inserción de genes que codifiquen las enzimas responsables de generar el compuesto deseado (7). Esto puede resultar de gran interés para el mercado medicinal, ya que al permitir la síntesis de un cannabinoide o conjunto de cannabinoides concreto, se pueden obtener productos farmacéuticos estandarizados y de un elevado grado de pureza, lo que resulta complicado cuando los cannabinoides se extraen de las plantas o se obtienen mediante síntesis química.

Lo que queda por ver es si la técnica podrá llegar a aplicarse a gran escala para que la producción de cannabinoides mediante microorganismos resulte rentable, pues el principal reto al que nos enfrentamos actualmente es precisamente el de poder llegar a obtener grandes cantidades de estos compuestos.

 

 

1. Hazekamp. Chemistry of Cannabis. Comprehensive Natural Products II. (Eds: L. Mander, H-W. Lui). Elsevier, Oxford, 2010, 3, pp. 1033-1084.
2. Hazekamp; J.T. Fichedick. Cannabis – from cultivar to chemovar. Drug. Test. Anal. 2012, 4, 660-667.
3. G. Pertwee. Cannabinoid pharmacology: the first 66 years. Br. J. Pharmacol. 2006, 147, S163-S171.
4. Aizpurua-Olaizola, et al. Evolution of the Cannabinoid and Terpene Content during the Growth of Cannabis sativa Plants from Different Chemotypes. J Nat Prod. 2016, 79, 324-331.
5. Russo. Taming THC: potential cannabis synergy and phytocannabinoid-terpenoid entourage effects. Br J Pharmacol. 2011, 163, 1344–1364.
6. Aizpurua-Olaizola, et al. Identification and quantification of cannabinoids in Cannabis sativa L. plants by high performance liquid chromatography-mass spectrometry. Anal Bioanal Chem. 2014, 406, 7549-7560.
7. L. Poulos; A.N. Farnia. Production of cannabinoids in yeast. US20160010126A1 patent, 2017.