Los tricomas del cannabis bajo el microscopio electrónico

Las flores de cannabis se consumen con fines medicinales y recreativos en función de las propiedades de sus metabolitos especializados (como cannabinoides y terpenos). Los metabolitos se producen abundantemente en los tricomas glandulares de las flores femeninas, que representan la esencia del preciado cogollo de marihuana. Pero a pesar de la importancia económica y medicinal de los tricomas glandulares del cannabis, las propiedades y contribuciones relativas de los diferentes tipos de tricomas siguen sin comprenderse bien.

El término tricoma proviene del griego (‘thrix’, ‘trichos’, pelo o cabello) y forman una pequeña cubierta peluda en muchas especies de plantas. Su forma va desde las rectas o espirales, hasta las globulares, que son las que tienen mayor interés en el cannabis. Los tricomas desempeñan varias funciones defensivas y protectoras, y pueden ser bastante especializados; por ejemplo, las células similares a cabellos en las plantas carnivoras que activan la trampa para cerrarse sobre un insecto desprevenido se derivan de los tricomas.

Las plantas de cannabis tienen una variedad de tricomas, incluidos pelos puntiagudos cortos que le dan una textura áspera a las hojas y probablemente actúen como disuasorios para los herbívoros y como un amortiguador ambiental. Sin embargo, de mayor interés histórico son los tricomas glandulares, llamados así del latín ‘glandis’ (pequeña bellota), debido a su forma redondeada.

Tricomas: tipos y crecimiento

En las flores femeninas de cannabis, se han descrito tres tipos de tricomas glandulares en función de su morfología superficial: bulbosos, sésiles (del latín para 'sentado') y pedunculados (o entallados). Los tricomas bulbosos son los más pequeños en tamaño y producen metabolitos especializados limitados. Los tricomas sésiles del cannabis se "sientan" en la epidermis con un tallo corto y tienen una cabeza en forma de globo compuesta por un disco multicelular de células secretoras y una cavidad de almacenamiento de metabolitos subcuticulares.

En comparación, los tricomas pendunculados del cannabis tienen una cabeza en forma de globo de forma similar, un poco más grande, pero que se elevada varios cientos de micras por encima de la superficie epidérmica sujetada por un tallo multicelular. Aún hoy se desconocen las contribuciones relativas de los dos principales tipos de tricomas glandulares, sésiles y con tallo, a los perfiles de cannabinoides y terpenos de las flores de cannabis. De hecho, no está claro si los tricomas pendiculados son distintos de los tricomas sésiles simplemente por la presencia o ausencia de un tallo.

Dentro de la burbuja del cannabis

Para conocer cómo estos tricomas actúan como fábricas de metabolitos, en 2020 un equipo de investigación canadiense de la Universidad de Columbia Británica publicó un estudio donde describían como los tricomas glandulares del cannabis alteran su morfología y el contenido de metabolitos durante la maduración de las flores. Lo hicieron analizando una variedad rica en CBD de cannabis (en concreto la variedad 'Finola').

Cuando hablamos de moléculas como el THC o el CBD procedentes de la planta de cannabis, en realidad estamos hablando de estos tricomas glandulares. Cada una de esas pequeñas ‘bolas’ es una fábrica para producir cannabinoides naturales, terpenos y más. La línea de producción de esas fábricas es un grupo de células llamado disco secretor: este disco se encuentra dentro de la bola, justo encima de donde la cabeza redondeada se encuentra con las células de soporte del tallo.

El equipo de investigación canadiense pudo obtener imágenes notablemente claras dentro de estos tricomas utilizando microscopía multifotónica de alta resolución, una técnica que permite la generación de imágenes por emisión de fluorescencia con gran profundidad de penetración. Estas imágenes mostraron que los tricomas sésiles, tanto en las hojas como en los cálices de cannabis (las partes externas de la flor que la protegen y sostienen), tienen 8 células en su disco secretor. Los tricomas con tallo, por el contrario, tenían significativamente más células, típicamente 12-16.

El estudio encontró que las células adicionales en los tricomas con tallo permiten una mayor producción de cannabinoides y otros metabolitos secundarios. El estudio también descubrió que los tricomas sésiles en un cáliz inmaduro (abajo a la izquierda) se desarrollan en el tipo con tallo (a la derecha) a medida que la planta madura. La misma diferencia se encontró en una variedad de cannabis con alto contenido de THC (en concreto Purple Kush), lo que indica que esta no es solo una característica de las plantas de cannabis ricas en CBD.

Dada su dominancia en las flores maduras, las capacidades psicoactivas, aromáticas y homeostáticas del cannabis que se transmiten a través de los tricomas glandulares con pedúnculos los convierten esencialmente en el vínculo clave entre la planta y nosotros.

La esencia de los tricomas: cannabinoides y terpenos

Las técnicas utilizadas en esta investigación, que registraron la fluorescencia natural del tejido vivo a través de un láser pulsado, produjeron un excelente registro visual de la estructura de los tricomas del cananbis. Por ejemplo, en la imagen de abajo, el disco secretor dentro de cada cabeza de tricoma es distinto y tiene forma de hogaza de pan, junto con la cavidad secretora en forma de burbuja sobre el disco. Esta cavidad se infla con cannabinoides y otros metabolitos a medida que la planta crece:

El tinte azulado de estas células también es relevante, ya que el estudio encontró que las longitudes de onda emitidas por cada tipo de tricoma son causadas por su contenido de cannabinoides. El color verde azulado de la imagen de arriba se agregó artificialmente para resaltar una banda de longitud de onda de 420 a 460 nm, que abarca la emisión máxima de cannabinoides. Los investigadores sugieren que la relación entre esta banda de fluorescencia y las longitudes de onda más largas (495-540 nm) que se observan en los tricomas sésiles de las hojas podría ser una herramienta de diagnóstico útil en el futuro.

Pero el equipo canadiense no solo estaba interesado en la estructura de estas formaciones biológicas. Para comprender cómo se desarrolla el contenido de los tricomas, midieron el contenido total de terpenos y cannabinoides de plantas inmaduras y maduras, disolviéndolos en pentano; y también utilizaron una sonda de vidrio extremadamente fina para extraer el contenido de las cavidades individuales de los tricomas.

Los resultados de la extracción con solvente demostraron que a medida que maduran los tricomas en un cáliz, aumenta el contenido total de terpenos y cannabinoides. Hacia el final del crecimiento de la planta, también existe un predominio cada vez mayor de los monoterpenos, el tipo más ligero que compone los aceites esenciales y crea los aromas únicos del cannabis.

Más específicamente, las muestras de prueba mostraron que el aumento de monoterpenos se vio impulsado por cambios en los tricomas con tallo. El estudio también analizó tricomas sésiles de plantas masculinas (que generalmente se eliminan para evitar la fertilización de las valiosas plantas femeninas) y encontró proporciones igualmente bajas de mono y sesquiterpenos.

El porcentaje de diferentes cannabinoides en los tricomas sésiles y con tallo de los cálices maduros fue similar, lo que sugirió a los investigadores que los tricomas sésiles en este caso todavía se estaban convirtiendo en el tipo con tallo. Como era de esperar, la forma no descarboxilada de CBD, CBDA o ácido cannabidiolico, fue el cannabinoide más destacado en esta variedad rica en CBD.

El paso final que tomó el equipo fue buscar en cada tipo de tricoma las instrucciones genéticas que conducen a la producción de terpenos y cannabinoides. Descubrieron que los tricomas glandulares individuales de todos los tipos, pero los de tallo en particular, tenían altos niveles de los genes que construyen tanto CBGA (la molécula “madre” del CBD y THC ) como la CBDA sintasa específica que cambia CBGA a CBDA. Estos genes fueron más frecuentes en los tricomas que en las raíces y brotes de cannabis, como se esperaba.

Un trabajo de microscopía que abre muchas puertas

¿Qué aporta este trabajo a nuestro conocimiento sobre el cultivo de cannabis? En primer lugar, que bajo la luz ultravioleta, los tricomas con tallo emitían un color azul brillante y contenían un disco de células grande y distintivo en forma de pastel. Los tricomas sésiles más pequeños, que no tienen tallo, emitían un color rojo, tenían discos secretores más pequeños y producían menos terpenos fragantes. Por tanto, la luz ultravioleta podría usarse para monitorizar la madurez de los tricomas en las flores e informar de los tiempos óptimos de cosecha.

¿Cuándo cosechar en función de los tricomas de la marihuana?

Aquí está la traducción de un artículo de Subcool (TGA), sobre la cosecha de las plantas de cannabis. Los efectos de la marihuana y los gustos pueden variar mucho dependiendo de la época de la cosecha. ¿Cómo puedo saber cuál es el momento ideal para la cosecha? ¿Qué son los tricomas y cómo cosechar en función de su color? Cómo maximizar tu cosecha en función del efecto deseado? Aquí están las respuestas a estas preguntas, con ejemplos de experiencias personales .... Subcool

Los tricomas sésiles y entallados difieren no solo en que se sientan en un tallo grande o directamente en la superficie epidérmica, sino que también tienen propiedades fluorescentes distintas, así como diferencias en el número de células en su disco secretor y perfiles de metabolitos de terpenos.

En segundo lugar, la combinación única de trabajo microscópico, analítico y genético sintetizado por el equipo de investigación canadiense aclara el proceso de crecimiento y las vías moleculares que siguen los cannabinoides y los terpenos, permitiendo un mayor margen para refinar esos procesos y así aumentar los rendimientos y controlar los resultados no deseados para los consumidores de cannabis medicinal o recreativo. Después de miles de años de humanos trabajando con esta planta, investigaciones como la de la Universidad de Columbia Británica y sus colegas muestran que ahora estamos más cerca que nunca de aprovechar todo el potencial de esta planta.

Y en tercer lugar, que al revisar el progreso científico, que en estos días a menudo se concentra en los últimos avances genómicos u otros grandes tratamientos de datos, es fácil subestimar el valor de las ayudas visuales para nuestra comprensión del mundo microscópico. El detalle y la claridad de las imágenes producidas por este estudio ha ayudado a otros académicos y, con suerte, al público en general, a comprender los generadores centrales de cannabinides y otras moléculas clave en el cannabis.

La microscopía electrónica del cannabis como valor estético

Sin duda, la espectacularidad de estas imágenes tomadas mediante microscopio electrónico ha seducido a otros investigadores que también han surcado las procelosas aguas nanométricas para mostrar toda la belleza del cannabis desde un punto de vista fundamental. Y de todos los ejemplos disponibles en el mundo, ‘Cannabis: Marijuana under the Microscope’ de Ted Kinsman es, de lejos, el más singular.

En un mercado inundado de libros sobre cómo cultivar, archivos de pornografía de cogollos y exploraciones de la cultura cannábica, la obra editada por este profesor asociado en el Departamento de Ciencias Fotográficas del Instituto de Tecnología de Rochester en Nueva York presenta la marihuana como nunca antes se había visto: a través de un microscopio electrónico de barrido o SEM (Scanning Electron Microscope), para conocer de cerca las hojas, las semillas, el polen y los tricomas.

El microscopio electrónico de barrido se usa ampliamente en varios campos de la industria y la ciencia porque es una de las herramientas de medición y generación de imágenes más versátiles. Las fotografías que produce esta técnica son particularmente apreciadas por su gran profundidad de campo y excelente resolución, ambos órdenes de magnitud mejores que la microscopía óptica. Pero las imágenes proporcionadas por el SEM son en blanco y negro, y las imágenes individuales contienen información en solo dos dimensiones. Sin embargo, el color es algo importante para nosotros los humanos; y no solo desde un punto de vista estético, ya que nuestros cerebros se basan en el color (y la visión estereoscópica) para percibir correctamente los objetos.

Así que una vez que Kinsman tuvo sus imágenes SEM, pudo mejorarlas con intensos colores para hacerlas más atractivas. De hecho, cada imagen comienza en blanco y negro y debe colorearse a mano. Ted pinta los tricomas de cannabis que contienen THC de un color brillante para que se destaquen: "Elijo colores intensos porque estoy tratando de hacer que la ciencia sea visualmente emocionante y atractiva para la población en general". Aquí os dejamos un video sobre el trabajo de Ted Kinsman:

Aunque el libro de Kinsman fue publicado en 2019, en 2014 otro investigador ya había puesto su pica en el Flandes de las imágenes cannábicas obtenidas mediante microscopios electrónicos de barrido. Como puedes comprobar en otro libro imprescindible: ‘Cannabis Under The Microscope: A Visual Exploration of Medicinal Sativa and C. Indica’ de Ford McCann, un libro que también presenta imágenes microscópicas de cannabis en todo su esplendor.

Como en el caso anterior, vale la pena tener en cuenta que la marihuana en realidad no tiene colores tan brillantes como un árbol de Navidad iluminado. Gran parte de las fotografías están en falso color ya que, como es el caso con la mayoría de las imágenes de un microscopio electrónico de barrido, los ordenadores se usan para mejorar y resaltar ciertas características para que sean más fáciles de estudiar. Sin embargo, el resultado sigue siendo bastante impresionante, como se ve en este ejemplo, solo una de las 170 fotografías del libro y que demuestra que los científicos, al menos en el laboratorio, ven la marihuana de manera muy diferente a como lo hacemos los cultivadores o usuarios.

------

Imágenes y Referencias:

• Cannabis glandular trichomes alter morphology and metabolite content during flower maturation. Samuel J. Livingston, Teagen D. Quilichini, Judith K. Booth, Darren C. J. Wong