Terpen-Synthase: das Enzym hinter dem Cannabis-Aroma

Kurz gesagt

Eine Terpen-Synthase ist ein Enzym, das aus wenigen einfachen Vorstufen die Terpene aufbaut, also die Duft- und Geschmacksstoffe einer Cannabispflanze. Cannabis besitzt nicht ein einzelnes solches Enzym, sondern eine ganze Genfamilie davon. Aus dieser Vielfalt entsteht die große Bandbreite an Aromen zwischen den Sorten.

Was das Enzym macht

Terpene bauen sich nicht von selbst zusammen. Die Pflanze stellt zuerst lineare Bausteine her, sogenannte Prenyl-Diphosphate. Zwei davon sind für Cannabis wichtig: Geranyldiphosphat (GPP) mit zehn Kohlenstoffatomen und Farnesyldiphosphat (FPP) mit fünfzehn. GPP ist das übliche Substrat der Monoterpen-Synthasen, FPP das der Sesquiterpen-Synthasen.

Aus diesen Bausteinen macht das Enzym das eigentliche Terpen. Der Ablauf ist bei allen Terpen-Synthasen im Kern derselbe: Das Enzym spaltet die Diphosphatgruppe ab, dabei entsteht ein hochreaktives Zwischenprodukt, ein Carbokation. Dieses lagert sich um, ringschliesst und wird am Ende abgefangen. Je nachdem, wie das Enzym diesen Weg lenkt, kommt ein anderes Terpen heraus.

Warum ein Enzym oft mehrere Düfte erzeugt

Terpen-Synthasen sind ungewöhnlich unpräzise, und das ist hier keine Schwäche, sondern der Grund für die aromatische Vielfalt. Viele dieser Enzyme bilden aus einem einzigen Substrat gleich ein Gemisch mehrerer Produkte. Schon der Austausch einer einzigen Aminosäure im aktiven Zentrum kann das Produktprofil eines Enzyms verschieben.

Das hat eine praktische Folge für die Forschung: Aus der blossen Ähnlichkeit zweier Gensequenzen lässt sich nicht zuverlässig ableiten, welche Terpene das Enzym herstellt. Man muss jedes Enzym einzeln funktionell untersuchen, um seine Produkte zu kennen.

Wo Cannabis seine Terpene bildet

Die Terpen-Biosynthese läuft in den Trichomen, den Harzdrüsen der Blüte. Dort liefern zwei Stoffwechselwege, der MEP-Weg und der MVA-Weg, die Vorstufen, aus denen die Terpen-Synthasen dann die fertigen Terpene bauen. Die zugehörigen Gene sind im Harzgewebe deutlich stärker aktiv als im übrigen Pflanzengewebe.

Wie viele Terpen-Synthasen hat Cannabis?

Eine feste Zahl gibt es nicht, und das ist ehrlicherweise ein offener Punkt. Eine Genom-Analyse beschreibt mindestens 55 Terpen-Synthase-Gene, verteilt über die Chromosomen und mit gewebespezifischer Aktivität. Eine neuere bioinformatische Auswertung kommt dagegen auf 41 Elemente. Und funktionell wirklich charakterisiert, also mit bekanntem Produkt, ist nur ein Teil davon, in einzelnen Studien neun oder gut dreissig Gene.

Die Spanne ist kein Widerspruch, den man auflösen müsste, sondern spiegelt unterschiedliche Genom-Assemblies und Zählmethoden. Für das Verständnis reicht: Es sind viele, und längst nicht alle sind erforscht.

Warum das für die Züchtung zählt

Weil die Terpen-Synthase-Familie das Aroma bestimmt, ist sie der Ansatzpunkt, wenn man Sorten mit einem bestimmten Duftprofil züchten will. Studien finden zwischen Sorten deutliche Unterschiede in den Terpenprofilen und in der Aktivität der beteiligten Gene. Wer ein Profil gezielt verschieben will, arbeitet an dieser Genfamilie, nicht an einem einzelnen Schalter.