RQS Interviews — Dürfen wir vorstellen: Andreu, ein auf Cannabisgenetik spezialisierter Biologe

Wir bei Royal Queen Seeds sind ständig auf der Suche nach den besten Informationen und Wissen rund um Cannabis. In unseren Interviews sprechen wir mit Leuten aus der gesamten Cannabis-Branche. Heute haben wir das Vergnügen mit Andreu ein Interview führen zu dürfen.

Hallo, ich heiße Andreu. Ich bin ein 27-jähriger Biologe, der sich auf Pflanzenzüchtung spezialisiert hat. Cannabis ist die Pflanze, für die ich mich schon immer begeistert habe; bis zu dem Punkt, dass ich während meines Studiums ein Projekt zur therapeutischen Anwendung von Cannabinoiden durchgeführt habe. Derzeit trage ich zu verschiedenen F&E-Projekten bei. Darunter befindet sich ein Pflanzenzüchtungsprogramm, das sich auf die Erschaffung neuer Cannabissorten konzentriert.

1. Was sind Cannabinoide, Terpene und Flavonoide in einer Cannabispflanze?

Alle diese Verbindungen sind Sekundärmetaboliten der Pflanze, die nicht direkt an ihrem Wachstum beteiligt sind, sondern an der Wechselwirkung zwischen der Pflanze und ihrer Umwelt. Cannabinoide und Terpene werden in großen Mengen in den weiblichen Blüten und in geringerem Maße in den Blättern produziert. Flavonoide kommen dagegen hauptsächlich in den Blättern der Pflanze vor.

Cannabinoide sind eine sehr breite Gruppe von Substanzen, die an die Cannabinoid-Rezeptoren binden, die wir in unserem Körper haben. Sie kommen nicht nur in der Cannabispflanze vor. Ebenso gibt es auch Endocannabinoide – die von unserem Gehirn produziert werden – und synthetische Cannabinoide, die man im Labor herstellt. Bisher hat man in der Cannabispflanze etwa 150 Cannabinoide identifiziert, von denen nur sehr wenige psychoaktiv sind.

Terpene sind flüchtige Substanzen, die die organoleptischen Eigenschaften (Geschmack und Aroma) der Pflanze definieren. Sie sind für den guten oder schlechten Geschmack einer Sorte beim Konsum verantwortlich.

Flavonoide schließlich sind Phenolverbindungen, die in den letzten Jahren aufgrund ihrer antioxidativen Funktion an Bedeutung gewonnen haben. In Pflanzen werden viele Flavonoide in Form von Pigmenten exprimiert. Wenn wir zum Beispiel feststellen, dass eine Cannabispflanze violett wird, liegt dies daran, dass sich in den Zellen Kammern befinden, sogenannte Vakuolen, die einen höheren Gehalt an Anthocyanen ansammeln, was im Endeffekt diese violette Pigmentierung bewirkt.

2. Warum produziert Cannabis von Natur aus diese Substanzen?

Pflanzen produzieren generell Tausende von chemischen Verbindungen, und Cannabis bildet hier keine Ausnahme. Obwohl Cannabinoide und Terpene auf uns Menschen eine sehr unterschiedliche Wirkung ausüben, verfolgt die Pflanze mit ihrer Synthese einen einheitlichen Zweck, denn sie dienen der Verteidigung gegen pflanzenfressende Insekten. Interessanterweise haben Insekten kein Endocannabinoid-System, weshalb sie nicht wie Menschen reagieren. So konnte man beispielsweise nachweisen, dass THCA in Insektenzellen den Zelltod induziert.

Einige Forscher weisen darauf hin, dass Cannabinoide die Pflanze aufgrund ihrer antimykotischen und antibiotischen Aktivität auch vor Bakterien und Pilzen schützen. Darüber hinaus schützen Terpene die Pflanze vor hohen Temperaturen. Die Strategie der Pflanze ist klar: Sie speichert diese Schutzsubstanzen in den Trichomen, die sich auf den weiblichen Blüten befinden – den wichtigsten Bestandteilen der Pflanze, in denen die Samen geboren werden.

Schließlich produziert die Pflanze auch Flavonoide, um bestimmte Wellenlängen des Lichts einzufangen, die sich vom Chlorophyll unterscheiden, weshalb in den Blättern und Blüten auch bestimmte andere Farben erzeugt werden. Darüber hinaus schützten Flavonoide die Pflanze vor der UV-Strahlung.

3. Können wir bei derselben Cannabissorte immer die gleichen Ergebnisse in Bezug auf Cannabinoide, Terpene und Flavonoide erwarten?

Leider nein, obwohl das schon ideal wäre. Die Biologie zeigt, dass ein Phänotyp die Expression einer Reihe von Genen in einer bestimmten Umgebung ist. Basierend auf dieser einfachen Gleichung sollten alle Pflanzen derselben Sorte dieselben Gene enthalten, die an der Produktion von Cannabinoiden, Terpenen und Flavonoiden beteiligt sind.

Da es sich jedoch um komplexe Eigenschaften handelt, die von vielen Genen kontrolliert werden, gibt es immer kleine genetische Variationen. Darüber hinaus müssten die Wachstumsbedingungen für alle Pflanzen in Bezug auf Substrattyp, Bewässerung, Düngung, Temperatur, Licht, Belüftung etc. vollständig konsistent sein.

"Um ein gutes Terpenprofil zu erhalten, sollte man es während der Blüte niemals mit Düngemitteln übertreiben, da diese den Geschmack beeinträchtigen." 

4. Welche Cannabinoide, Terpene und Flavonoide kommen am häufigsten in der Pflanze vor?

Derzeit sind THC und CBD die vorherrschenden Cannabinoide in der Pflanze. Obwohl wir in den letzten Jahren Sorten mit weniger häufig vorkommenden Cannabinoiden wie Cannabigerol (CBG), Cannabichromen (CBC), Cannabidivarin (CBDV) und Tetrahydrocannabivarin (THCV) finden können. Letzteres weist psychoaktive Eigenschaften auf. Was diese weniger prominenten Cannabinoide angeht, habe ich gesehen, dass Royal Queen Seeds zwei entsprechende Sorten auf den Markt gebracht hat, eine mit CBG und die andere mit CBDV.

Bei Terpenen möchte ich Pinen, Myrcen, Limonen, Linalool und β-Caryophyllen hervorheben. Jedes Terpen trägt ein spezifisches Aroma zum organoleptischen Profil der Sorte bei. Flavonoide schließlich sind weniger bekannt, wobei einige von ihnen ausschließlich in der Cannabispflanze vorkommen, wie beispielsweise die Cannflavine A, B und C, die eine entzündungshemmende Funktion aufweisen.

5. Wie verhalten all diese Verbindungen sich in unserem Organismus?

Cannabinoide binden an Cannabinoid-Rezeptoren, die in unserem gesamten Körper verteilt sind. Es gibt zwei Hauptrezeptoren für Cannabinoide: CB1 und CB2. Aus diesem Grund kann ein Cannabinoid auf einen Cannabinoid-Rezeptoren wirken, die sich im Gehirn, im Darm oder in einer Zelle des Immunsystems befindet.

Terpene und Flavonoide sind beteiligt, indem sie die pharmakologische Wirkung von Cannabinoiden durch den Entourage-Effekt modulieren. Auf diese Weise verändern Terpene und Flavonoide die Wirkung von Cannabinoiden in unserem Organismus. 2018 wurde beispielsweise eine präklinische Brustkrebsstudie veröffentlicht, in der man die Antitumorwirksamkeit unterschiedlicher Präparate untersuchte. Die Wirkung war bei Verwendung eines THC-Präparats mit Terpenen und Flavonoiden höher als bei isoliertem THC. Die molekularen Mechanismen, die zwischen Cannabinoiden, Terpenen und Flavonoiden in unserem Körper bestehen, wurden jedoch noch nicht beschrieben.

6. Warum macht THC high und CBD nicht?

Wenn wir THC und CBD untersuchen, sehen wir, dass ihre chemische Struktur sehr ähnlich ist. Tatsächlich ist ihre chemische Zusammensetzung genau gleich: 21 Kohlenstoffatome, 30 Wasserstoffatome und 2 Sauerstoffatome. Die Anordnung dieser Atome ist jedoch unterschiedlich, und daher auch ihre chemischen und pharmakologischen Eigenschaften.

Aber warum ist THC psychoaktiv und CBD nicht? Sehr einfach: Dazu müssen wir uns ansehen, wie sie jeweils mit den CB1-Cannabinoidrezeptoren interagieren, die man hauptsächlich im zentralen Nervensystem vorfindet. Die psychoaktive Wirkung von THC beruht auf seiner Agonistenaktivität mit dem CB1-Cannabinoid-Rezeptor. Es bindet mit hoher Affinität und aktiviert den Rezeptor, wodurch seine psychoaktive Wirkung entsteht.

CBD hingegen bindet nur mit sehr geringer Affinität an diesen Rezeptor und wirkt zudem als negativer allosterischer Modulator. Dies bedeutet, dass seine Bindung den Rezeptor nicht aktiviert, sondern die Stimulation durch andere Cannabinoide wie THC vielmehr sogar verringert. Aus diesem Grund haben THC-reiche Blüten mit niedrigem CBD-Gehalt immer eine stärkere psychoaktive Wirkung als Blüten mit hohem THC- und hohem CBD-Gehalt.

7. Was ist der Unterschied zwischen natürlichen und synthetischen Cannabinoiden?

Ein synthetisches Cannabinoid ist ein künstlich hergestelltes Molekül, das die chemische Struktur von THC oder CBD nachahmt, um mit Cannabinoid-Rezeptoren zu interagieren. Diese Verbindungen wurden entwickelt, um mögliche therapeutische Wirkungen zu untersuchen und die Pharmakologie von Cannabinoid-Rezeptoren zu erforschen, obwohl sie in den letzten Jahren auch als Freizeitdrogen missbraucht wurden.

Für den Freizeitgebrauch werden synthetische Cannabinoide mit Lösungsmitteln wie Aceton oder Methanol gemischt oder auf Pflanzenmaterial gesprüht, um die Cannabinoide aufzulösen. Sie werden illegal als pflanzliches Räucherwerk, Aromen und Düngemittel unter Markennamen wie "Spice", "K2" und "Mojo" vermarktet.

Wir sollten klarstellen, dass diese Substanzen weder natürliche Cannabinoide noch Cannabis sind und dass ihr Konsum wirklich gefährlich ist. Beispielsweise wurde gezeigt, dass HU-210 100- bis 800 Mal wirksamer als THC ist. Darüber hinaus wurden diese Verbindungen nicht an Menschen oder Tieren getestet, und es scheint so, dass viele Hersteller einfach neue Variationen kreieren, sobald alte für illegal erklärt werden. Die Europäische Beobachtungsstelle für Drogen und Drogensucht (EMCDDA) hat bisher insgesamt 169 verschiedene synthetische Cannabinoide entdeckt.

8. Können wir die Produktion von Cannabinoiden, Terpenen oder Flavonoiden in der Pflanze steigern?

Natürlich können wir das. Aus meiner Sicht ist es wichtig, alle Wachstumsbedingungen zu optimieren, um die maximale Expression dieser Merkmale zu erreichen. Persönlich würde ich mich speziell auf Beleuchtung und Düngung konzentrieren.

Mehrere Studien haben gezeigt, dass LED-Lampen die gesamte Cannabinoid-Produktion im Vergleich zu Natriumdampf-Hochdrucklampen (HPS) erhöhen. Darüber hinaus konnte man nachweisen, dass UV-B-Licht die Konzentration von THC und Flavonoiden erhöht. Was die Düngung angeht, ist es während der Blüte sehr wichtig, die Pflanze mit den notwendigen Makronährstoffen (insbesondere Phosphor und Kalium) sowie Mikronährstoffen zu versorgen, ohne Toxizität zu verursachen.

Um ein gutes Terpenprofil zu erhalten, sollte man es während der Blüte niemals mit Düngemitteln übertreiben, da diese den Geschmack beeinträchtigen. Und um Flavonoide wie Anthocyane beobachten zu können, ist es nicht erforderlich, ihre Produktion direkt zu steigern, sondern man sollte der Pflanze vielmehr eine kühlere Umgebung bieten, damit sie das Chlorophyll abbaut und man die violette Farbe erhält.

9. Verändern sich Cannabinoide je nach Art der Einnahme?

Ja, sie ändern sich. Cannabis kann hauptsächlich durch Inhalation oder orale Einnahme konsumiert werden. Beim Rauchen werden Cannabinoide von dem Moment an, in dem sie der Flamme des Feuerzeugs ausgesetzt sind, von ihrer Säureform (THCA und CBDA) zu ihrer neutralen Form (THC und CBD) decarboxyliert. Sobald der Rauch die Lunge erreicht hat, gelangen diese Cannabinoide in ihrer höchsten Konzentration innerhalb von 2–10 Minuten in den Blutkreislauf.

Würden wir jedoch rohes Cannabis verzehren, gäbe es keinen solchen Decarboxylierungsprozess, so dass wir die Cannabinoide in ihrer sauren Form (THCA und CBDA) ohne den gewünschten Effekt konsumieren würden. Aus diesem Grund ist es notwendig, Cannabinoide zuerst durch Erhitzen zu decarboxylieren. Nach der Einnahme wird THC in der Leber zu 11-Hydroxy-Delta(9)-Tetrahydrocannabinol, einem THC-ähnlichen psychoaktiven Metaboliten, verstoffwechselt, während CBD in 7-Hydroxy-Cannabidiol umgewandelt wird. Die Wirkungen der oralen Einnahme von Cannabis treten zwischen 30–90 Minuten nach dem Verzehr auf und erreichen nach 2 oder 3 Stunden ihr volles Potenzial.

10. Wie sieht der optimale Decarboxylierungsprozess für Cannabinoide aus?

Wie oben erwähnt, findet die Decarboxylierung unter Verbrennung von Cannabinoiden statt, wobei diese von ihren Säureformen (THCA und CBDA) in ihre neutralen Formen (THC und CBD) umgewandelt werden. Dies ist eine sehr einfache chemische Reaktion, bei der ein Kohlendioxidmolekül (CO₂) aufgrund von hohen Temperaturen oder UV-Licht abgegeben wird. Um eine Decarboxylierung durchzuführen, sollte man bedenken, dass sehr hohe Temperaturen, die Anwesenheit von Sauerstoff oder Licht ebenfalls zum Cannabinoid-Abbau beitragen. Aus diesem Grund sollte Cannabis immer an einem kühlen und dunklen Ort gelagert werden.

Man erhält eine optimale Decarboxylierung von THCA, indem man die Verbindung 30 Minuten lang einer Temperatur von 110°C aussetzt, oder 9 Minuten 130°C bzw. 6 Minuten 145°C. Bei höheren Temperaturen oder längerer Einwirkzeit wird THC zu Cannabinol (CBN) abgebaut, einem weniger psychoaktiven Cannabinoid.

Was die Decarboxylierung von CBDA angeht, variiert die optimale Temperatur zwischen 110°C–130°C bei einer Erhitzungsdauer von 30–45 Minuten. Im Falle eines Abbaus entsteht Cannabielsoin (CBE), ein Cannabinoid, das in der Pflanze in Konzentrationen unter 0,01% vorhanden ist.

Schließlich ist anzumerken, dass jedes Mal, wenn Cannabis geraucht wird, Cannabinoide vollständig decarboxyliert werden, ein Teil von ihnen aber durch die Verbrennung abgebaut wird. Um diesen Abbau zu vermeiden, ist es daher ratsamer, einen Vaporizer zu verwenden.